Kvant 1973, số 2 · Trang
Kvasht
2
1973
khoa học đại chúng
thuộc vật chất
toán học
tạp chí
Tổng biên tập - Viện sĩ I. K. Kikoin
Phó Tổng biên tập thứ nhất - Viện sĩ A. N. Kolmogoroz
Tuyển tập biên soạn:
L.A.Artsimovich,
M. I. Bashmkov,
S. T. Belyaev,
V. G. Boltyansky,
I. N. Bronstein,
N. B. Vasiliev,
I. F. Ginzburg,
Yu. N. Efremov,
V. G. Zubov,
P. L. Kapitsa,
V. A. Kirillin,
A. I. Klimanov (nghệ sĩ ưu tú),
S. M. Kozel,
V. A. Leshkovtsev (phó tổng biên tập),
L. G. Makar-Limanov,
A. I. Markushevich,
M. D. Millionshchikov,
N. A. Patrikeva,
I. S. Petrkov,
N. Kh. Rozov,
A. P. Savin,
Tôi. Sh. Slobodetsky,
M. L. Smolyansky (phó tổng biên tập),
Y. A. Smorodinsky,
V. A. Fabrikant,
A. T. Tsvetkov,
M. P. Shaskolskaya,
S. I. Schwartzburg,
A. I. Shirshov.
biên tập:
V. N. Berezin,
A. N. Vilenkin,
T. M. Makarova (biên tập nghệ thuật),
N. A. Bạc hà,
T. S. Petrova,
V. A. Tikhomirova,
L. V. Chernova (trưởng tòa soạn).
Người hiệu đính T. A. Pankova
117071, Moscow, V-71, Leninsky Prospekt, 15, «Kvant», tel. 234-08-11, 234-07-93
Gửi để in ngày 16 tháng 12 năm 1972. Ký xuất bản ngày 26 tháng 12 năm 1972. Giấy 70×100/16 Vật lý. lò nướng l. 5 điều kiện lò nướng l. 6.5 Biên tập học thuật. tôi. 7,66 Số phát hành 379.580 bản.
T-20448
Giá 30 kopecks. Đặt hàng 2102
Nhà máy in Chekhov “Soizpolgraphproma” trực thuộc Ủy ban Nhà nước của Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô về Xuất bản, In ấn và Kinh doanh Sách.
Chekhov, khu vực Moscow Tranh Russo không được trả lại
Thành lập năm 1970 1973
Tạp chí vật lý và toán học khoa học nổi tiếng
Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô và Viện Hàn lâm Khoa học Sư phạm Liên Xô
Nhà xuất bản “Khoa học”
Tòa soạn chính của văn học vật lý và toán học
TRONG PHÒNG:
2 Vâng. A. Smorodinsky. Nicolaus Copernicus
9 Nicolaus Copernicus, một bài bình luận nhỏ về những giả thuyết ông đưa ra về chuyển động của các thiên thể
11 N. B. Demidovich. Tính toán, lỗi, kiểm soát
17 D. Borodin. Khối lượng hấp dẫn
22 M.G.Krein, A.A.Nudelman. Một số bài toán đẳng giác không gian
27 V. N. Vaudten. Số , đa thức, dãy
35 A. V. Byalko. Hệ số hiệu suất tên lửa
vòng tròn toán học
39 M. L. Gerver. Về con cáo và con chó
Vấn đề «Kvant»
45 Bài toán M186—M190 và F198—F202
47 Lời giải bài toán M146—M150 và F164—F169
Xưởng của người nộp đơn
58 M. I. Shabunin, S. V. Cheremnykh. Phương trình tam giác
64 Viện Kinh tế Quốc dân Mátxcơva mang tên G. V. Plekhanov
67 I. A. Dykovov, A. G. Mordkovich, I. I. Nasluzov. Các khóa học vật lý và toán học truyền hình dành cho ứng viên đại học
«Kvant» cho học sinh nhỏ
68 Bài toán
69 A. N. Vilenkin. Thợ lặn Cartesan
Thông tin
70 V. V. Ivanov, A. G. Fonomov. Trường Kinh tế và Toán học thuộc Khoa Kinh tế của Đại học quốc gia Moscow
Đánh giá, thư mục
72 P. A. Serpov. Quảng cáo thất vọng
74 M. L. Smolyansky. Sách mới
75 Đáp số, gợi ý, lời giải
Góc sưu tầm (trang bìa thứ 3)
A. V. Altykis. Con tem liên kết Copernicus
Trộn (trang 21, 38, 44, 66, 73)
Bức chân dung của Nicolaus Copernicus mà chúng tôi trình bày ở trang đầu tiên của trang bìa, được vẽ bởi một họa sĩ vô danh vào năm 1575.
Trên trang thứ hai của trang bìa là phòng hình học của Đại học Krakow, nơi Copernicus đã phục vụ từ năm 1491. Vì không có đủ sách giáo khoa nên các định lý chính đều được vẽ trên tường.
Ở trang bốn bạn thấy một bức chân dung khác của Copernicus. Người ta tin rằng đây là bức chân dung tự họa của một nhà khoa học.
4
điều gì đó đúng, vì cô ấy không thể cho bất cứ thứ gì như thế; nếu anh ta kết hợp đúng những gì được phát minh ra cho mục đích sử dụng khác, thì sau khoa học như vậy, anh ta trở nên sâu sắc hơn so với khi anh ta có mặt…”
Ý tưởng của tác giả lời nói đầu là lý thuyết Copernicus thuận tiện cho việc tính toán nhưng không liên quan gì đến thế giới thực. Tuy nhiên, vào năm 1616, vào thời Galileo và Kepler, theo sắc lệnh của Tòa án dị giáo, cuốn sách của Copernicus đã bị đưa vào danh sách những cuốn sách bị nhà thờ cấm.
Nhưng tất cả những biện pháp này hóa ra đều vô ích. Khoa học mới được công nhận, khoa học cổ xưa lụi tàn trong lịch sử.
Ý tưởng cổ xưa
Ở độ sâu không xác định của nhiều thế kỷ, thời gian trôi qua khi con người lần đầu tiên nhìn thấy các thiên thể thứ bảy trong số các ngôi sao cố định, vị trí của chúng đã thay đổi trước mắt anh ta. Mặt trời, Mặt trăng, Sao Thủy, Sao Kim, Sao Hỏa, Sao Mộc và Sao Thổ đã gây ngạc nhiên và ngạc nhiên cho bầu trời được quan sát cổ xưa. Trước sự chuyển động của họ là sự lo lắng và vui mừng. Mặt trời mang theo các mùa, mặt trăng luân phiên ngày đêm, sao Hỏa đỏ thẫm là điềm báo của chiến tranh.
Người Ai Cập cũng biết rằng chuyển động của Mặt trời và Mặt trăng có thể dự đoán được. Những người biết cách làm điều này chiếm một vị trí đặc biệt - họ là những linh mục biết bí mật của các vị thần. Các linh mục thông báo ngày đầu năm, ngày nghỉ lễ và thời gian làm việc ngoài đồng. Kể từ đó, trong hàng trăm năm, các thiên thể được quan sát đều gắn liền với lịch. Bản thân Copernicus đã đào sâu vào thiên văn học khi Leo X ngã xuống vào năm 1514 để sửa lịch. (Cuộc cải cách này - sự chuyển đổi sang phong cách mới - được thực hiện sau đó, vào năm 1574.)
Người Hy Lạp đã đi xa hơn nhiều so với Ai Cập. Họ nghĩ về cách toàn bộ hệ thống hành tinh hoạt động, cách các hành tinh chuyển động. Trở lại thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên, Aristarchus xứ Samos
Cơm. 1.
Skyy bày tỏ ý tưởng về hệ thống lấy helium làm trung tâm - hệ thống gồm các hành tinh có Mặt trời ở trung tâm. Vào thế kỷ thứ 2 trước Công nguyên, trên đảo Rhodes và Alexandria, Hipparchus đã quan sát các ngôi sao và là người đầu tiên học cách dự đoán vị trí của Mặt trời và Mặt trăng, tạo ra lý thuyết về chuyển động của chúng. Các nhà thiên văn học thấy rằng mỗi hành tinh chuyển động theo những quy luật đặc biệt của riêng nó; do đó họ nói về lý thuyết về Sao Hỏa, lý thuyết về Mặt Trăng, v.v. Chỉ Kepler mới có thể hợp nhất những lý thuyết khác nhau này thành một sơ đồ duy nhất.
Sơ đồ nhất quán đầu tiên của hệ hành tinh được đưa ra bởi Claudius Potolemaus, người làm việc ở Alexandria vào giữa thế kỷ thứ 2 sau Công nguyên. Ông chủ yếu dựa vào các tác phẩm của Hipparchus, những tác phẩm vẫn chưa tồn tại cho đến ngày nay. Hệ thống Potolemaic kéo dài 15 thế kỷ và tồn tại hầu như không thay đổi cho đến thời Copernicus. Cho đến thế kỷ 16 vẫn chưa có nghi ngờ gì về sự thật của nó *).
Potolemy tin rằng Trái đất nằm ở trung tâm của Vũ trụ và có bảy quả cầu xung quanh nó, trong đó có bảy hành tinh phía sau chúng (Hình 1)
*) Tác phẩm của Potolean có tên là “Chuyên luận toán học trong sách XIII”. Trong bản dịch tiếng Ả Rập mà các học giả thời Trung cổ đã làm quen với nó, nó được gọi là “Almagest” (từ tiếng Hy Lạp “μεγίζτη” - vĩ đại nhất). Nó vẫn được trích dẫn dưới tên này.
5
theo thứ tự sau: Mặt Trăng, Sao Thủy, Sao Kim, Mặt Trời, Sao Hỏa, Sao Mộc, Sao Thổ. Hình 1 không thực sự mô tả hệ thống Ptolemaic - nó phức tạp hơn nhiều. Trước khi nói về nó, gần như trước hết, người Hy Lạp (và cả Copernicus) đã quen thuộc với việc xây dựng lý thuyết về chuyển động của hành tinh.
Kinematika không có loa
Điểm mù trong hệ thống kiến thức của các nhà tự nhiên học cổ đại là họ không hề có một chút hiểu biết nào về diamnik. Lý do cho sự chuyển động của các cơ thể là không thể tiếp cận được với họ. Khi hòn đá được đẩy ra, mọi thứ đều rõ ràng - mặc dù trong bài toán này, họ không thể đạt được bất kỳ mối quan hệ định lượng nào (và họ thậm chí còn không nghĩ về điều đó). Khi nói đến các hành tinh, không thể bàn cãi về bất kỳ lý do nào dẫn đến sự chuyển động - các hành tinh tự chuyển động, đơn giản vì bản chất của chúng là chuyển động. Gần như toàn bộ khoa học về chuyển động đều được Copernicus mô tả. Vì vậy: “Aristotle nói rằng một vật đơn giản cũng có chuyển động đơn giản; Trong các chuyển động đơn giản, một chuyển động thẳng, một chuyển động tròn; Trong các chuyển động thẳng, một chuyển động lên, một chuyển động đi xuống. Vì vậy, mọi chuyển động đơn giản hoặc hướng về giữa đi xuống, hoặc từ giữa trở lên, hoặc vòng quanh giữa, và chuyển động này là chuyển động tròn. Chỉ có đất và nước, được coi là nặng, nên chuyển động xuống dưới, tức là cố gắng hướng vào giữa; không khí và lửa vốn nhẹ phải chuyển động lên trên và chuyển động ra xa. ở giữa. Và có vẻ khá hợp lý khi quy chuyển động thẳng cho bốn phần tử này, và tưởng tượng các thiên thể quay quanh phần giữa. Aristotle đã nói như vậy.”
Đó là tất cả cơ chế của động cơ. Vì vậy, các hành tinh phải chuyển động theo vòng tròn và có lẽ ở một tốc độ không đổi, vì (lại theo Copernicus): “Chuyển động tròn luôn xảy ra đều, hoặc nó có nguyên nhân không giảm…” Do đó
Sách hướng dẫn cuốn sách “De Revolutionibus orbium coelestium” (“Về sự quay của các thiên cầu”), mở đầu trên các trang của tôi, nơi Copernicus vẽ hệ mặt trời bằng một la bàn, được lưu giữ ở Krakow và dùng ngón tay chạm vào tờ giấy, người ta vẫn có thể đánh giá cao những “rãnh” do la bàn của nhà thiên văn học vĩ đại để lại. Trong lời nói đầu cho tác phẩm của mình, Copernicus thừa nhận rằng chỉ có sự thuyết phục và trách móc của bạn bè mới thuyết phục được ông đồng ý xuất bản tác phẩm của mình.
“Hall of Justice” tại Lâu đài Heilsberg. Ở đây Copernicus đã chúc ông chú của mình là giám mục sau khi ông trở về từ Imali, cho đến khi tôi qua đời ở Chechestia vào năm 1512.
6
Sơ đồ hệ địa tâm. Nhưng hệ thống được mô tả trong Hình 1, mặc dù rất hiệu quả nhưng lại mâu thuẫn với các quan sát; với sự trợ giúp của nó, không thể hiểu được chuyển động thực sự của các hành tinh.
bài toán này đứng trước Plolem. Làm thế nào để kết hợp nguyên lý quán tính của Aristotle với thế giới thực? Làm thế nào để mô tả thế giới thực chỉ dựa trên động học?
Quả cầu chuyển động
Các nhà quan sát cổ đại thấy rằng chuyển động của các hành tinh rất phức tạp. Họ chia chuyển động phức tạp này thành nhiều chuyển động đơn giản hơn. Chuyển động chính đầu tiên là chuyển động hàng ngày của bầu trời, chuyển động thứ hai là chuyển động hàng năm của nó. Tất cả bảy quả cầu kéo các hành tinh theo cùng đều tham gia vào hai chuyển động này. Quả cầu thứ tám, nơi gắn các ngôi sao, bất động. Hipparchus cũng cải tiến hệ thống này. Để tính đến chuyển động của điểm cân bằng mùa xuân (điểm giao nhau của mặt phẳng xích đạo với quỹ đạo Trái đất), ông cho rằng quả cầu thứ tám chuyển động chậm một độ trong 100 năm (36 inch mỗi năm) *).
Tuy nhiên, những chuyển động đơn giản này không thỏa mãn nguyên lý quán tính của Aristotle. Tốc độ của họ không nhất quán. Vì vậy, họ nói về sự tồn tại của hai bất đẳng thức. Đầu tiên là sự chuyển động không đều của các hành tinh trên quỹ đạo của chúng; thứ hai là chuyển động “ngược dòng” được quan sát thấy của các hành tinh - sự thay đổi hướng chuyển động của chúng trên bầu trời sang hướng ngược lại. Chỉ có Mặt trời và Mặt trăng là không có bất đẳng thức thứ hai. Vì vậy, lý thuyết của Hipparchus đã cho phép vị trí của họ có sai số thay đổi trong một phút. Sự bất bình đẳng này cần phải được giải quyết, và Plolemey đã giải quyết nó một cách xuất sắc.
*) Trên thực tế, sự thay đổi điểm cân bằng lò xo sẽ diễn ra nhanh hơn một chút - khoảng 50 inch mỗi năm.
Cơm. 2.
Lập dị và bình đẳng
Mùa xuân đã có cách thoát khỏi tình thế tưởng chừng như vô vọng một cách dí dỏm. Phải giả định rằng không phải bản thân hành tinh này chuyển động theo một vòng tròn quanh tâm Vũ trụ (Trái đất trong hệ thống Plolemian), mà chỉ có tâm của một vòng tròn khác, gọi là ngoại luân, di chuyển dọc theo quỹ đạo chính, được gọi là đường vòng *). Kết quả của việc xây dựng như vậy, hóa ra (một bài tập hay cho người đọc!) là các hành tinh vẫn chuyển động theo một vòng tròn (được gọi là tâm lệch tâm), nhưng tâm của nó bị dịch chuyển so với Trái đất.
Do đó, sự tương đương động học quan trọng của mô hình chuyển động của chu trình dọc theo đường đẳng hướng và đường đẳng lượng đã được thiết lập. Nhưng sơ đồ cột chỉ mô tả đường đi của Mặt trời, luôn di chuyển trên bầu trời theo một hướng mà không quay lại. Vận tốc góc chuyển động của Mặt trời dọc theo tâm lệch tâm (so với tâm của nó) được coi là không đổi. Sau đó, rất indo,
*) Chuyển động như vậy trong cơ học gọi là cặp chuyển động quay.
7
tốc độ góc của chuyển động quan sát được từ Trái đất hóa ra có thể thay đổi. Vì vậy, tôi chỉ đơn giản cam kết với bất đẳng thức đầu tiên.
Đối với các hành tinh, lý thuyết cần có điều kiện. Đặc biệt khó giải thích chuyển động của Sao Thủy, mà như chúng ta biết ngày nay, có độ lệch tâm lớn nhất: nó lớn hơn Trái đất 0,2 và 10 lần.
Vào hai vòng tròn, một phần ba đã được thêm vào - đẳng thức. Tâm của xích đạo có đặc điểm là người quan sát ở đó sẽ nhìn thấy chuyển động đều của hành tinh. Nói cách khác, mặc dù góc (Hình 3) thay đổi không đều theo thời gian, nhưng góc lại tăng tỷ lệ thuận với thời gian. Vì vậy, nó giống như thể một hành tinh hư cấu được nhìn thấy đang chuyển động đều dọc theo đường đẳng lượng. Giả thuyết đẳng thức (với điều kiện bổ sung là tâm của xích đạo bị chia đôi) đã cải thiện lý thuyết, nhưng hóa ra nó cũng chưa đủ. Hai lần giả định bổ sung đã phải được đưa ra, chẳng hạn như tâm của xích đạo tự nó di chuyển dọc theo một vòng tròn hoặc mỗi ngoại luân lăn dọc theo một ngoại luân. Trong trường hợp cuối cùng, để mô tả chuyển động của hành tinh, cần phải nhân đôi gần 40 chuyển động tròn khác nhau. Và chính giả thuyết tương đương
nó thực sự xa lạ với động học. Do đó, kế hoạch này rất phức tạp và không đạt yêu cầu xét từ quan điểm cơ bản. Tuy nhiên, nó cho phép người ta tính toán chính xác vị trí của Mặt trời và các hành tinh và do đó làm hài lòng tất cả mọi người. Các bảng thiên văn được tính toán dựa trên cơ sở của nó (còn gọi là bảng Alfonsinian) đã được sử dụng rộng rãi từ thế kỷ 13 *). Đúng vậy, cần phải nhớ rằng chỉ vào cuối thế kỷ 15, việc giảng dạy đặc trưng của Ptolemy mới bắt đầu lan rộng trong các trường đại học Châu Âu - trước đó họ đã nghiên cứu từ các bản dịch tiếng Latinh nặng nề của các chuyên luận tiếng Ả Rập.
Khi đó việc quan trọng nhất là tính toán chuyển động của Mặt trời, Mặt trăng; đối với điều này, lý thuyết của Ptolemy là đủ. Lý do cho tình huống này, như chúng ta biết bây giờ, nằm ở độ lệch tâm nhỏ (quỹ đạo nhỏ) của quỹ đạo hành tinh, cho phép cách tiếp cận này được mô tả bằng hệ thống Ptolemaic.
Mặt trời là trung tâm của vũ trụ
Vì vậy, không có chủ nghĩa xenlulo thực tế nào trước Copernicus khi ông bắt đầu suy ngẫm về hệ thống các hành tinh. Câu hỏi về cải cách calediary chỉ là một cái cớ. Copernicus không thể chấp nhận hệ thống quả cầu lăn phức tạp của Ptolemy. Anh ta không để lại bất kỳ cuốn nhật ký hay ghi chú nào mà từ đó có thể tái hiện lại dòng suy nghĩ của anh ta. Không ai biết ông đã nghĩ gì trong gần 40 năm khi tạo ra hệ thống của mình.
Bây giờ khi nhìn vào hệ thống Ptolemaic, chúng ta thấy nhiều
*) Các bảng được tính toán với độ chính xác cao theo hệ thống Copernicus được Erasmus Reinhold xuất bản năm 1551. Vào đêm ngày 17 tháng 8 năm 1563, Tycho Brahe nhìn thấy Sao Mộc và Sao Thổ gần như trùng khớp trên bầu trời. Nhìn vào các bảng, anh phát hiện ra rằng các bảng của Alfonsinian đã dự đoán sai thời điểm xảy ra sự kiện này khi trả thù, và các bảng của Copernicus - trong 7 ngày. Sự việc này đã thúc đẩy công việc của Tycho Brahe, và sau đó là Kepler.
8
những mô hình khó có thể coi là ngẫu nhiên và Copernicus không thể không chú ý đến. Tại sao tâm của các ngoại đạo của Sao Thủy, Sao Kim và Mặt Trời luôn nằm trên cùng một đường thẳng? Tại sao chu kỳ quỹ đạo của Sao Hỏa, Sao Mộc và Sao Thổ trong các tiểu hành tinh của chúng lại bằng một năm trên Trái đất?
Có rất nhiều vấn đề liên quan đến việc kết nối với hệ thống Ptolemaic.
Giả thuyết của Copernicus rất đơn giản. Cần phải đặt Trái Đất và Mặt Trời vào những vị trí trong hệ Ptolemaic cũ, chỉ để Mặt Trăng quay quanh Trái Đất (Hình 4). Nhưng giả thuyết đơn giản này không thể tiếp cận được với sự hiểu biết của hầu hết những người cùng thời với Copernicus. Lần đầu tiên trong lịch sử khoa học, vật được quan sát chỉ ở vị trí đặc quyền của nó, và câu hỏi về bức tranh thế giới theo quan điểm của một hệ tọa độ khác (chuyển động so với vật được quan sát) đã được thảo luận. Một bước đi như vậy mang tính cách mạng không chỉ từ quan điểm của nhà thờ - Trái đất và con người không còn là những vật thể chính trong Vũ trụ - mà còn từ quan điểm của cơ học - chưa có gì liên quan đến chuyển động được sử dụng cho lời giải cụ thể bài toán. Sau khi đặt tâm của hệ hành tinh lên Mặt trời, Copernicus ngay lập tức đơn giản hóa sơ đồ của nó.
Sau những gì đã nói, người đọc sẽ hiểu trong Tiểu bình luận, trong đó Copernicus trình bày ngắn gọn ý tưởng của mình (xem trang 9).
Theo sơ đồ của Copernicus, chuyển động hàng ngày của bầu trời được tuyên bố là chuyển động quay của Trái đất quanh trục của nó và chuyển động hàng năm là chuyển động quay của nó quanh Mặt trời. Sự bất bình đẳng thứ hai đã biến mất - chuyển động nghịch hành của các hành tinh là hệ quả của tốc độ góc khác nhau của Trái đất và các hành tinh khác trong quỹ đạo của chúng. Một cách đáng chú ý, sự cần thiết của giả thuyết về chuyển động quay của thiên cầu cũng biến mất: để tuyên bố chuyển động của các ngôi sao, chỉ cần giả định rằng mặt phẳng quỹ đạo của Trái đất quay chậm theo hướng ngược lại với chuyển động của chính Trái đất trong quỹ đạo của nó là đủ.
Nhưng người ta không nên nghĩ rằng sơ đồ đơn giản của Copernicus đã giải quyết được hoàn toàn bài toán. Chúng ta hãy nhớ rằng chuyển động tự nhiên của các hành tinh phải đạt được mọi thứ mà người xưa đã cố gắng đạt được cho mỗi hành tinh với sự trợ giúp của các ngoại luân. Tuy nhiên, quan điểm của Apollonius và người xưa là chuyển động của các hành tinh hóa ra không đồng đều, ngay cả sau khi cho rằng sự không đồng đều này là do chuyển động quay của Trái đất. Do đó, các hành tinh không chuyển động theo những vòng tròn đồng tâm mà theo một cách khác mà chúng tôi sẽ trình bày sau…”
Bây giờ chúng ta biết rằng sự thay đổi tốc độ chuyển động của các hành tinh trong quỹ đạo của chúng tuân theo định luật Coperre và về mặt lý thuyết không cần phải tránh. Nhưng Copernicus vẫn tuân theo các định luật động học của mình và cố gắng đạt được sự đồng đều của chuyển động bằng cách đưa vào cùng các ngoại kinh và điểm lệch tâm (nhưng không có đẳng thức). Kết quả là sơ đồ hệ hành tinh của ông trở nên khá phức tạp.
9
mới và hoàn toàn không giống với mô hình lấy helium làm trung tâm đơn giản mà ông đã bắt đầu. Phần cuối của “Bình luận nhỏ” trông như thế này: “Như vậy, sao Thủy di chuyển chỉ với sự trợ giúp của bảy vòng tròn, sao Kim di chuyển với sự trợ giúp của gót chân, Trái đất với ba vòng tròn và Mặt trăng quay quanh chúng với bốn vòng tròn; cuối cùng, Sao Hỏa, Sao Mộc và Sao Thổ - mỗi vòng đều có sự trợ giúp của một vòng tròn. Như vậy, đối với Vũ trụ sẽ có 34 vòng tròn, với sự trợ giúp của chúng, toàn bộ cơ chế của thế giới có thể được giải thích…”
Lý thuyết Copernicus, giống như nhiều lý thuyết khác (hiện đại hơn), tỏ ra rất hiệu quả trong phép tính gần đúng đầu tiên của nó. Khi cố gắng cải thiện sự đồng tình của mình bằng kinh nghiệm, cô ấy bắt đầu phức tạp hóa và mất đi sức thuyết phục. Tình huống này cho thấy rõ ràng tổ chức của những sai sót trong lý thuyết. Biểu đồ đơn giản này đã được Kepler nhìn ra, ông đã phát hiện ra khuyết điểm chính trong lý thuyết của Copernicus: các hành tinh thực sự chuyển động theo hình elip chứ không phải theo đường tròn, và việc mô tả chuyển động của chúng bằng nhiều đường tròn về nguyên tắc không thể đơn giản. Tuy nhiên, lý luận của Copernicus chứa đựng một khám phá quan trọng. Giả sử rằng tâm của vật lệch tâm đang chuyển động theo hình tròn, ông nhận thấy một điều mà người xưa không để ý: các hành tinh bắt đầu chuyển động không phải theo hình tròn mà theo hình bầu dục. Kepler viết: “Ptolemy có thể phản đối chính đáng việc Copernicus chống lại sự lệch đường đi của các hành tinh so với đường tròn, nhưng tôi không phản đối”.
Hệ thống Copernican không chính xác hơn nhiều so với hệ thống Ptolemaic. Hơn nữa, việc thay đổi hệ quy chiếu không thể thay đổi kết quả tính toán. Tuy nhiên, sự chuyển đổi sang hệ lấy helium làm trung tâm đã thay đổi mọi ý tưởng về cấu trúc của thế giới đến mức ngay sau đó là những khám phá của Galileo và Kepler, và sau đó là sự sáng tạo ra cơ học của Newton. Psestimus, cuốn sách của Copernicus hóa ra lại là nền tảng xây dựng toàn bộ khoa học hiện đại. Theo nghĩa này của từ này, nó được coi là một trong những cuốn sách vĩ đại nhất từng được viết bởi bàn tay con người.
Nicolaus Copernicus
một nhận xét nhỏ về việc cài đặt
họ giả thuyết về chuyển động của thiên thể
Tôi tin rằng tổ tiên của chúng ta đã tạo ra nhiều thiên cầu để duy trì nguyên tắc đồng nhất nhằm giải thích các chuyển động nhìn thấy được của các ngôi sao. Đối với họ, dường như không phải lúc nào họ cũng di chuyển đồng đều. Tuy nhiên, họ đã xem xét khả năng khi một số chuyển động của ngôi sao được thêm vào hoặc kết hợp, ngôi sao sẽ dường như chuyển động không đều so với bất kỳ nơi nào.
Điều này không thể đạt được bởi Calippus và Eudoxus, những người đã cố gắng đạt được lời giải thông qua các vòng tròn đồng tâm và cùng họ giải thích tất cả các đặc điểm chuyển động của các hành tinh, không chỉ áp dụng cho chuyển động quay có thể nhìn thấy của các ngôi sao, mà ngay cả những trường hợp khi, dường như đối với chúng ta, các hành tinh này bay lên phần trên của bầu trời, sau đó hạ xuống, điều này tất nhiên là độ đồng tâm không thể cho phép bằng bất kỳ cách nào. Do đó, điều được coi là tốt nhất là điều này có thể được tái tạo với sự trợ giúp của các vòng tròn lệch tâm và ngoại luân, mà cuối cùng, hầu hết các nhà khoa học đều đồng ý.
Tuy nhiên, mọi thứ mà Ptolemy và nhiều người khác đưa ra về điều này ở những chỗ khác nhau, mặc dù phù hợp với các tính toán bằng số, cũng sẽ gây ra những nghi ngờ đáng kể. Thật vậy, tất cả điều này hóa ra là đủ
10
nym chỉ với điều kiện là cần phải phát minh ra một số vòng tròn gọi là ekvaps. Nhưng sau đó hóa ra ngôi sao đang chuyển động với tốc độ không đổi, không dọc theo quỹ đạo mang nó và không quay quanh tâm của chính nó. Vì vậy, lý luận như vậy dường như chưa đủ hoàn hảo, chưa thỏa mãn tâm trí.
Vì vậy, khi chú ý đến điều này, tôi thường tự hỏi liệu có thể tìm ra một sự kết hợp hợp lý hơn nào đó của các vòng tròn có thể giải thích tất cả những điểm bất thường có thể nhìn thấy được và bản thân mỗi chuyển động sẽ đều đồng nhất, theo yêu cầu của nguyên lý chuyển động hoàn hảo. Tất nhiên, khi tôi bắt đầu giải bài toán khó và gần như không thể giải được bài toán này, tôi vẫn nảy ra ý tưởng làm thế nào có thể đạt được điều này với sự trợ giúp của số lượng quả cầu nhỏ hơn và sự kết hợp thuận tiện hơn so với những gì đã làm trước đây, giá như chúng tôi đồng ý với một số yêu cầu của mình, được gọi là tiên đề. Họ làm theo dưới đây theo thứ tự đó.
Yêu cầu đầu tiên. Không có một trung tâm duy nhất cho tất cả các quỹ đạo hoặc hình cầu thiên thể.
Yêu cầu thứ hai. Tâm Trái đất không phải là trung tâm của thế giới mà chỉ là trọng tâm và tâm quỹ đạo của Mặt trăng.
Yêu cầu thứ ba. Tất cả các quả cầu đều chuyển động xung quanh Mặt trời, có vẻ như nằm ở giữa mọi thứ, do đó trung tâm của thế giới nằm gần Mặt trời.
Yêu cầu thứ tư. Tỷ lệ giữa khoảng cách giữa Mặt trời và Trái đất với chiều cao của bầu trời nhỏ hơn tỷ lệ giữa bán kính Trái đất và khoảng cách của nó với Mặt trời, do đó, so với chiều cao của bầu trời, nó thậm chí sẽ không thể cảm nhận được.
Yêu cầu thứ năm. Tất cả các chuyển động được chú ý gần bầu trời đều thuộc về chính nó, nhưng thuộc về Trái đất. Đó là Trái đất với các yếu tố gần gũi nhất với nó, tất cả đều được chữa lành trong chuyển động hàng ngày xung quanh các sọc không đổi của nó, trong khi bầu trời và bầu trời cao nhất vẫn luôn bất động.
Yêu cầu thứ sáu. Tất cả các chuyển động mà chúng ta nhận thấy ở Mặt trời không phải là đặc thù của nó mà thuộc về Trái đất và quả cầu của chúng ta, cùng với đó chúng ta di chuyển quanh Mặt trời, giống như bất kỳ hành tinh nào khác; do đó Trái đất có một số chuyển động.
Yêu cầu thứ bảy. Mỗi chuyển động trực tiếp và cực của các hành tinh không thuộc về chúng mà thuộc về Trái đất. Vì vậy, chỉ riêng chuyển động này thôi cũng đủ để giải thích một số lượng lớn những điều bất thường có thể nhìn thấy trên bầu trời.
Sử dụng những tiền đề này, tôi sẽ cố gắng trình bày ngắn gọn cách có thể duy trì tính đồng nhất của chuyển động một cách hoàn toàn có trật tự. Tuy nhiên, ở đây, để ngắn gọn, tôi tin rằng cần phải bỏ qua các chứng minh toán học vì chúng nhằm mục đích thảo luận tổng quát hơn. Tuy nhiên, khi mô tả những vòng tròn này, chúng ta sẽ thu hẹp độ lớn của các quỹ đạo thu được, với sự trợ giúp của nó, bất kỳ ai giỏi toán học đều có thể dễ dàng thấy được bố cục các vòng tròn như vậy sẽ phù hợp như thế nào với các phép tính và quan sát số.
Không ai tin rằng chúng ta cùng với những người theo trường phái Pythagore khẳng định một cách nông cạn sự chuyển động của Trái đất; vì điều này anh ta sẽ tìm thấy bằng chứng xám xịt trong mô tả của tôi về các vòng tròn. Rốt cuộc, những lập luận đó, với sự trợ giúp của tự nhiên, chủ yếu cố gắng thiết lập sự bất động của nó, phần lớn dựa vào vẻ bề ngoài; tất cả họ sẽ bỏ cuộc ngay lập tức nếu chúng ta cũng buộc Trái đất phải lành lại trên cơ sở những hiện tượng nhìn thấy được.
11
Tính toán, lỗi, kiểm soát
N. B. Demidovich
Lỗi quan sát
Đếm chính xác không phải lúc nào cũng có nghĩa là đếm đúng. Khoảng cách ví dụ sau đây là bài toán.
Cạnh của mảnh đất hình vuông là 1,4 m. Nửa chu vi p và diện tích S của nó là bao nhiêu (Hình 1)?
Lời giải là tự định hướng: (), (). Nhưng điều này chính xác đến mức nào đáp số? Hoàn toàn chính xác nếu độ dài cạnh của mặt cắt được xác định chính xác. Điều gì sẽ xảy ra nếu nó không được chỉ định, nhưng, ví dụ, được đo bằng thước dây decimet? Khi đó, điều tự nhiên là giả định rằng 1,4 m là độ chia của thước dây, gần với chiều dài thực của cạnh được đo của địa điểm. Từ đây chỉ rõ rằng chiều dài chính xác khác với 1,4 m không quá 0,05 m, nghĩa là giá trị tuyệt đối của sai số quan sát (nó được gọi là giá trị tuyệt đối)
Cơm. 1.
của giá trị đo x và được chỉ định ) không vượt quá 0,05 m.
Một câu hỏi thực tế quan trọng được đặt ra: diện tích có thể được xác định với độ chính xác như thế nào ở các điều kiện tiên quyết đã chỉ định? Câu hỏi này và các câu hỏi tương tự được giải quyết bởi một nhánh toán học đặc biệt - lý thuyết tính toán gần đúng. Hãy để chúng tôi chứng minh các phương pháp của nó bằng cách sử dụng bài toán này.
Đặt chiều dài thực của cạnh (sau đây tất cả các chiều dài được đo bằng mét) bằng 1,4 + , trong đó , tức là . Khi đó nửa chu vi của phần bằng .
Sai số tuyệt đối của giá trị nửa chu vi là 2,8 không vượt quá , tức là .
Công thức dễ dàng kiểm tra
cho thấy rằng khi cộng và trừ các số, sai số tuyệt đối của chúng cộng lại.
Khi nhân các số, sẽ thuận tiện hơn khi xử lý lỗi tương đối. Sai số tương đối của số x được gọi là tỉ số giữa sai số tuyệt đối với giá trị tuyệt đối của số x: . Bởi vì chúng tôi
12
chúng tôi không biết, chúng tôi có thể thay thế bằng , trong đó . Trong ví dụ này .
Tất nhiên, bằng cách thay thế các giá trị của bằng , chúng tôi cho phép xảy ra một số lỗi nhưng nó thường nhỏ đến mức luôn bị bỏ qua.
Khi nhân và chia các số, sai số tương đối của chúng sẽ được cộng thêm. Chúng tôi để lại bằng chứng của tuyên bố này cho người đọc; thì chúng ta chỉ cần ước tính số lượng
Và
Bây giờ chúng ta hãy quay lại bài toán của chúng tôi. Diện tích của trang web được lấy bằng tích của chiều dài các cạnh, do đó sai số tương đối của nó là 7,2%. Các tính toán được chấp nhận cho
Ở đây 1,96 là đáp số ban đầu của chúng tôi và hai số hạng còn lại là độ lệch của nó so với đáp số chính xác. Hãy ước lượng sai số tuyệt đối của kết quả:
Điều này có nghĩa là diện tích nằm trong
Công thức cuối cùng cho thấy rõ ràng rằng trong công thức gốc đáp số 1.96, chứa hai dấu của công thức cuối cùng, có thể không có một chữ số đúng nào.
Do đó, lý thuyết tính toán gần đúng giải phóng chúng ta khỏi ảo tưởng rằng số lượng lớn hơn các chữ số được tính toán chính xác luôn đảm bảo độ chính xác tương ứng của chính kết quả. Hơn nữa, nó mang lại đáp số, độ chính xác của kết quả phụ thuộc vào độ chính xác của dữ liệu ban đầu, số lượng và loại hành động được thực hiện trên chúng.
Làm tròn số
Trong ví dụ ban đầu, chúng tôi đã quyết định rằng số 1,4 m có được bằng cách thay đổi nó bằng thước dây decimet và do đó sai số của thay đổi không vượt quá 7,2%. Các tính toán được chấp nhận cho
Ở đây 1,96 là đáp số ban đầu của chúng tôi và hai số hạng còn lại là độ lệch của nó so với đáp số chính xác. Hãy ước lượng sai số tuyệt đối của kết quả:
Điều này có nghĩa là diện tích nằm trong
Công thức cuối cùng cho thấy rõ ràng rằng trong công thức gốc đáp số 1.96, chứa hai dấu của công thức cuối cùng, có thể không có một chữ số đúng nào.
Do đó, lý thuyết tính toán gần đúng giải phóng chúng ta khỏi ảo tưởng rằng số lượng lớn hơn các chữ số được tính toán chính xác luôn đảm bảo độ chính xác tương ứng của chính kết quả. Hơn nữa, nó mang lại đáp số, độ chính xác của kết quả phụ thuộc vào độ chính xác của dữ liệu ban đầu, số lượng và loại hành động được thực hiện trên chúng.
Một ví dụ
Đặc biệt, trong lý thuyết tính toán gần đúng, các ví dụ tính toán cũng được phát triển, đồng thời đảm bảo đạt được độ chính xác cần thiết của kết quả, giảm số lượng thao tác xuống mức tối thiểu.
Ví dụ: hãy xem xét phép nhân các phân số thập phân thích hợp dương -bit, nghĩa là các số có dạng
ở đâu (). Được biết, phân số thập phân (1) là viết tắt của số
13
Chúng ta sẽ coi phân số (1) là một số gần đúng, được làm tròn chính xác. Khi đó nó có sai số tuyệt đối không vượt quá .
Cho phép
là hai số gần đúng và và là độ lệch tương ứng của chúng so với các số chính xác và giống nhau: . Hãy tính sai số tuyệt đối của tích:
Ở đây , nghĩa là thuật ngữ này trong mô đun không vượt quá bốn chữ số cuối cùng có thể có của kết quả và do đó có thể không được tính đến. Chúng ta hãy ước tính tổng của hai số hạng ở giữa, có tính đến và . Chúng tôi nhận được .
Điều này có nghĩa là trong số chữ số của sản phẩm, chỉ có chữ số đầu tiên được đảm bảo là chính xác, chữ số thứ , nhờ vào (2), hóa ra là thành phần (nó có thể khác với chữ số đúng ). Công thức (2) không đảm bảo tính chính xác của các số trở lên. Vì vậy, những con số này không có gì để đưa vào đáp số cuối cùng.
Theo đó, khi nhân các số gần đúng theo cách học - “thang bên trái” - chúng ta thực hiện một nửa công việc một cách vô ích. Chúng tôi hỏi, liệu có thể không làm một nửa công việc này không? Hóa ra là có thể. Để làm điều này, bạn cần sử dụng phương pháp nhân rút gọn - “thang bên phải”. Hơn nữa, để trình bày rõ ràng, chúng tôi sẽ giới hạn ở ví dụ nhân các số gần đúng .
Như các bạn đã biết, nhân số thập phân cũng tương tự như nhân số nguyên. Dưới đây là ba cách để nhân
(a) - “thang bên trái” (trường học);
Với phương pháp (6), không giống như phương pháp (a), phép nhân bắt đầu bằng chữ số cao nhất của số bị nhân và số nhân; đơn vị truyền từ chữ số bên phải liền kề của số bị nhân (ít thường xuyên hơn từ hai số liền kề) được tính ngay lập tức. Sau một thời gian luyện tập, phương pháp này không còn khó khăn hơn phương pháp (a).
Phương pháp (c) là một sửa đổi rút gọn của phương pháp (6), trong đó tích từng phần không được tính đến cuối mà được làm tròn ngay lập tức. Vị trí làm tròn cung cấp thêm một chữ số trong đáp số cuối cùng, cần thiết để làm tròn chính xác chữ số cuối cùng, thành phần,.
Được rồi, đáp số cuối cùng được tìm thấy bằng tất cả các phương pháp tính toán đó sẽ là 0,432. Để có được nó bằng phương pháp (c), công sức và thời gian chỉ bằng một nửa so với sử dụng phương pháp (a) và (6). Cách tiếp cận này được đặc biệt khuyến khích bởi nhà toán học, kỹ sư và thợ đóng tàu xuất sắc của Liên Xô, Viện sĩ A. N. Krylov, người có cuốn sách *) mà chúng tôi giới thiệu cho độc giả.
Xấp xỉ liên tiếp và kiểm soát tính toán
Tính gần đúng của dữ liệu nguồn (lỗi quan sát và thay đổi) không phải là nguyên nhân duy nhất gây ra lỗi trong kết quả. Một nguồn sai số khác trong kết quả là bản chất gần đúng của chính quá trình tính toán. Nguyên nhân của hiện tượng này là
*) A. N. Krylov, Bài giảng về tính toán gần đúng, M., FM, 1954.
14
cho biết nhu cầu cơ bản để kiểm tra phép tính chính xác (ví dụ: , sin ) hoặc sự bất tiện khi sử dụng công thức chính xác của kết quả (ví dụ: phân số đơn giản chính xác , theo quy tắc, được thay thế bằng phân số thập phân gần đúng 0,143). Việc phát triển các phương pháp tính toán với mức độ chính xác định trước là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng của phép tính toán học cổ điển. Người đọc sẽ biết được các phương pháp này bằng cách xem trang cuối cùng của bảng Bradis. Có các công thức - cái gọi là chuỗi vô hạn - theo đó các giá trị của sin, tiếp tuyến, logarit và các hàm dạng bảng khác được tính toán. Phân tích các công thức này cho thấy kỹ thuật phương pháp chính - thay thế phép tính hàm ban đầu bằng phép tính đa thức, nghĩa là một hàm khác, đơn giản hơn, các giá trị của nó, với một mức độ chính xác nhất định, bằng với các giá trị của hàm ban đầu.
Một cách khác để kiểm tra phép tính với mức độ chính xác nhất định là phương pháp xấp xỉ liên tiếp. Hãy chứng minh điều đó bằng cách tính căn bậc hai của số .
Khi xấp xỉ bằng 0 , chúng ta lấy một số dương tùy ý .
Chúng ta hãy xem xét một đoạn trên trục số (Hình 2) được giới hạn bởi các điểm và . Hãy xây dựng phép tính gần đúng thứ hai làm trung bình số học của và :
Theo tính chất của trung bình số học, chúng ta có và theo tính chất đại lượng nghịch đảo . Nói cách khác, đoạn
Các đoạn này co lại thành một điểm duy nhất , thuộc về tất cả các đoạn. Để tính , chúng ta thay nó vào công thức (3): .
Điểm thuộc tất cả các đoạn thẳng nên hướng về , tức là phương pháp xấp xỉ liên tiếp giải được
15
được đặt thành bài toán. Cần lưu ý rằng phép tính sẽ dừng sau khi trở thành bằng với số chữ số thập phân nhất định.
Phương pháp xấp xỉ liên tiếp có một ưu điểm lớn: sai số ngẫu nhiên trong các tác động trung gian sẽ không ảnh hưởng đến độ lớn của kết quả mà chỉ làm tăng thời gian để thu được kết quả đó.
Nhìn chung, khi thực hiện tính toán cần hết sức chú ý đến việc điều khiển. Tất nhiên, quá trình tính toán có thể được lặp lại một lần nữa, nhưng điều này sẽ tăng gấp đôi tổng thời gian chạy. Trong những trường hợp đặc biệt quan trọng, cần phải thực hiện bước này, nhưng cũng có thể áp dụng các phương pháp kiểm soát khác, có tính đến các chi tiết cụ thể của một phép tính cụ thể. Ví dụ: nếu sin và cos được tính từ một đối số , thì việc tính và so sánh với sự thống nhất là điều đương nhiên.
Một ví dụ khác
Đặc biệt quan tâm là một kỹ thuật cho phép bạn kiểm soát từng giai đoạn tính toán. Hãy để chúng tôi chứng minh điều đó bằng ví dụ lời giải về hệ phương trình đại số tuyến tính.
Cho hệ hai phương trình có hai ẩn số:
Hãy viết ra các hệ số và số hạng tự do của nó dưới dạng bảng:
Hãy hoàn thành bảng này bằng cách kiểm soát tổng các phần tử của hàng tương ứng. Ta được bảng tính:
Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ coi bảng (5) là hình ảnh của hai hệ thống có các hệ số giống nhau và các số hạng tự do khác nhau: hệ thống (4) và hệ thống
Giải hệ (4) và (6) bằng phương pháp Gauss, chia tất cả các phần tử của hàng đầu tiên cho số hạng đầu tiên của nó. Hãy lấy cái bàn
Điều kiện là ở bất kỳ giai đoạn nào tổng của ba số ở dòng bất kỳ phải bằng số thứ tư; việc này được thực hiện ở đây.
Tiếp theo, nhân tất cả các phần tử của hàng đầu tiên với số hạng đầu tiên của hàng thứ hai. chúng tôi nhận được
Trừ từng số hạng từ dòng thứ 2 cho dòng thứ nhất:
Từ dòng thứ hai (8) chúng ta có được
Cuối cùng, từ hàng đầu tiên của bảng (7) chúng ta tìm thấy
Đã tìm kiếm lời giải: ; lời giải hệ thống (6): . Có sự bình đẳng
điều này có nghĩa là hệ thống lời giải là chính xác. Lưu ý rằng nếu các đẳng thức đáp số cuối cùng (9) không được thỏa mãn thì khi kết hợp với một vị trí, việc làm tròn quá thô hoặc có ở đâu đó
16
thì đã phạm phải một sai lầm. Sự hiện diện của cột điều khiển ở mỗi giai đoạn tính toán cho phép bạn nhanh chóng tìm ra vị trí có lỗi hoặc không chính xác.
Bình đẳng (9) là cơ sở lý luận của phương pháp điều khiển. Nếu chúng ta lấy hệ (6), nghiệm của nó là lời giải của hệ (4), tăng thêm một, , , thì các số hạng tự do của hệ (6) sẽ bằng tổng các hệ số của các hàng của hệ (4). Ví dụ: đối với dòng đầu tiên của hệ thống (4)
Tính chất này có thể dễ dàng được kiểm chứng trong trường hợp tổng quát. Và vì tại lời giải chúng ta chuyển sang các hệ thống tương đương, nên trong đó tổng các hệ số phải bằng các số trong cột điều khiển.
Lỗi phương pháp
Có một nhóm nguyên nhân khác dẫn đến sai sót trong kết quả. Nó được gọi là lỗi phương pháp. Nó được kiểm tra, ví dụ, trong trường hợp, thay vì một hệ phương trình chính xác, một hệ phương trình đơn giản hơn mô tả gần đúng cùng một quá trình được xem xét. Những lý do cho sự thay thế như vậy rất đa dạng: thiếu hệ phương trình chính xác, không có khả năng chuẩn bị dữ liệu ban đầu cho một hệ chính xác, không thể hoặc phức tạp hơn trong việc giải chính xác hệ phương trình chính xác hiện có và các lý do khác. Ví dụ: hãy xem xét bài toán từ sách giáo khoa vật lý.
Máy bay nằm ngang ở độ cao với tốc độ . Người đó phải thả quả bom cách vật một khoảng bằng bao nhiêu để quả bom trúng thẳng vào vật?
Nếu chúng ta đơn giản hóa giả định thì sẽ không có lực cản trước tác động của tác động đó.
Việc xem xét cần thiết được lấy từ công thức tại , do đó .
Theo giả định này, quỹ đạo của quả bom là parabol (đường cong màu xanh lam trong Hình 3).
Nhưng trên thực tế, khả năng chống va đập sẽ có quỹ đạo lớn hơn. Nó được gọi là “đường cong đạn đạo” (đường cong màu đỏ trong Hình 3) và được xây dựng trên cơ sở dữ liệu thực nghiệm và các đề xuất lý thuyết bổ sung. Đường cong đạn đạo làm giảm đáng kể “sai số phương pháp”, nhưng do đặc điểm thực nghiệm của nó nên nó làm tăng nhẹ “sai số quan sát” và “sai số làm tròn”.
Bây giờ chúng ta có thể rút ra một số kết luận. Các ví dụ và tính toán đã cho cho thấy rằng quá trình tính toán bằng số của bất kỳ bài toán thực tế nào đều phải được lên kế hoạch cẩn thận.
Các giai đoạn dọc theo con đường này là:
- lựa chọn phương pháp lời giải với ước tính sai số mà nó đưa ra;
- đánh giá độ chính xác của dữ liệu nguồn;
- lựa chọn sơ đồ đánh giá độ chính xác của việc làm tròn các giá trị trung gian và tổ chức kiểm soát hợp lý.
Sự phát triển hơn nữa của các phương pháp tính toán chịu ảnh hưởng của công nghệ máy tính, đặc biệt là máy tính điện tử kỹ thuật số (EDC), giúp thực hiện các phép tính bao gồm hàng tỷ phép tính số học. Tình huống này đòi hỏi phải tăng cường chú ý đến việc tích lũy sai sót và lựa chọn các phương pháp kế toán ít “nhạy cảm” hơn với chúng.
17
Khối lượng hấp dẫn
D. Borodin
Các nhà vật lý nghiên cứu hai khối lượng - quán tính và hấp dẫn. Cái đầu tiên được đưa vào định luật chuyển động của Newton, cái thứ hai - trong định luật vạn vật hấp dẫn.
Theo định luật vạn vật hấp dẫn, độ lớn lực căng giữa hai chất điểm bằng
(1)
trong đó là hằng số hấp dẫn ), và là khối lượng của các vật liệu điểm, là khoảng cách giữa chúng. Các khối lượng và có trong công thức này giống với các đại lượng xuất hiện trong định luật thứ hai của Newton
(2)
lực liên kết và gia tốc của vật.
Vai trò của khối lượng trong công thức (1) và (2) là hoàn toàn khác nhau. Trong biểu thức (2) nó xác định độ trơ của vật liệu của một điểm và trong biểu thức (1) nó mô tả trường hấp dẫn mà một điểm vật chất tạo ra và lực mà trường này tác dụng lên một điểm/điểm vật chất khác. Lưu ý rằng, theo định luật thứ ba của Newton, chúng ta không quan tâm khối lượng nào ( hoặc ) được coi là đang tạo ra trường và khối lượng nào được coi là nằm trong trường này: hành động bằng phản lực. Cái đó,
(dấu ngoặc đơn có thể được đọc không chính xác ở hai ký tự cuối cùng).
rằng khối lượng bao gồm trong định luật hấp dẫn (1) - nó được gọi là khối lượng hấp dẫn (hoặc hấp dẫn) - hóa ra giống như khối lượng quán tính có trong công thức (2), có một định luật lớn về trọng lực.
Nó được gọi là nguyên lý thể hiện của khối lượng hấp dẫn và quán tính.
Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta đã quá quen với nguyên tắc này nên không để ý đến nó. Trong khi đó, chúng ta sử dụng nó khi xác định khối lượng của một vật thể bằng cách cân nó trên cân; Thực hiện thao tác này, chúng ta, không cần nghĩ đến vật lý, có thể dễ dàng cho rằng lực căng đối với mặt đất tỷ lệ thuận với khối lượng quán tính của vật này. Chúng tôi đã nói “tỷ lệ thuận”. Trên thực tế, trong thực tế, cả hai khối lượng – trọng lực và quán tính – đều thay đổi cùng đơn vị và bằng nhau về mặt số lượng. Do đó, chúng tôi không bao giờ nghĩ về loại khối lượng nào được vật lý hóa trong trường hợp này hay trường hợp kia. Đơn vị thay đổi khối lượng phải được chọn sao cho không có hệ số nào trong định luật thứ hai của Newton; thì hệ số xuất hiện trong định luật vạn vật hấp dẫn. Tất nhiên, có thể đưa ra một đơn vị mới cho khối lượng hấp dẫn sao cho ; thì trong công thức (1) hệ số biến mất, nhưng xuất hiện. Bằng cách này, có thể nhấn mạnh sự phát triển vật lý của khối lượng quán tính và hấp dẫn; tuy nhiên, trong thực tế điều này sẽ rất bất tiện.
cánh đồng. Nếu chúng ta biểu thị hướng của trường bằng thì lực tác dụng lên điện tích sẽ bằng . Phương trình của Newton trông như thế này:
và gia tốc
như chúng ta thấy, nó phụ thuộc vào tỷ lệ điện tích với khối lượng, tức là vào một giá trị khác nhau đối với các bộ phận khác nhau.
Ở đây chúng ta phải nhớ rằng điện tích xác định lực mà trường tác dụng lên hạt và khối lượng quán tính xác định gia tốc phát sinh dưới tác dụng của lực này. Trong trường hấp dẫn, lực được xác định bởi cùng khối lượng quán tính xác định gia tốc. Nói cách khác, vai trò của “điện tích” hấp dẫn (nghĩa là khối lượng hấp dẫn theo thuật ngữ của chúng ta) được thực hiện bởi cùng một khối lượng quán tính và tỷ số của cả hai khối lượng (đóng vai trò của hệ thức ) trong trường hợp trường hấp dẫn bằng một. Đây là nguyên tắc tương đương.
Trái đất quay
Hãy xem xét một vật thể nằm trong một hệ tọa độ quay, chẳng hạn như trên Trái đất. Nó (theo quan điểm của người quan sát trái đất) chịu tác dụng của lực ly tâm có quán tính ), hướng vuông góc với trục quay của Trái đất. Độ lớn của lực quán tính ly tâm bằng
( - khối lượng quán tính, - khoảng cách từ trục quay, - vận tốc góc).
Vì lực này tỉ lệ với khối lượng quán tính nên trong lĩnh vực ly tâm
*) Đây chính là lực ép chiếc bè vào ghế theo chuyển động quay tròn. Các lực loại này xuất hiện trong quá trình chuyển sang hệ tọa độ không quán tính, được gọi là quán tính.
lực lượng tị nạn, định luật Galileo cũng được áp dụng: gia tốc của vật
không phụ thuộc vào khối lượng của nó. Ví dụ, ở xích đạo gia tốc này là 0,02 .
Để hiểu lực quán tính ly tâm phát sinh như thế nào, hãy xem xét một bài toán đơn giản về một vật nặng treo trên một sợi dây. Người quan sát ở ngoài Trái Đất sẽ thấy vật nặng lơ lửng cùng với Trái Đất. Trọng lượng có gia tốc ( là khoảng cách đến trục Trái đất); điều này có nghĩa là nó chịu tác dụng của một lực hướng vào trục quay ( là khối lượng trơ). Lực này được tạo ra bởi lực hút vào tâm Trái đất ( - khối lượng hấp dẫn) và lực căng của sợi dây (Hình 1, a).
Nếu bây giờ chúng ta viết lại cán cân quyền lực như thế này:
thì chúng ta có thể nói rằng tải trọng ở trạng thái cân bằng (như người quan sát trên Trái đất nhìn thấy) dưới tác dụng của ba lực. Lực thứ ba, , hướng về hai phía so với trục quay và là lực ly tâm có quán tính (Hình 1, b).
Eotvos có kinh nghiệm
Vấn đề kiểm chứng nguyên lý tương đương vẫn được Newton quan tâm. Ông cũng đã thực hiện thí nghiệm đầu tiên. Newton đã quan sát sự dao động của các con lắc làm bằng các vật liệu khác nhau (Hình 2). Từ nguyên lý tương đương suy ra chu kỳ dao động
21
Cơm. 4. Kinh nghiệm của Đê. Hình vẽ sơ đồ cho thấy vị trí của mũi tên, ghi lại độ xoắn của sợi có giá trị xoắn.
Sv vào các thời điểm khác nhau trong ngày nếu . Dưới đây là biểu đồ giả định về số đọc mũi tên trong một thí nghiệm như vậy.
Thí nghiệm của Dike và Bragiinsky
Các thí nghiệm chính xác hơn chỉ được thực hiện vào năm 1962. Nhà vật lý người Mỹ Dicke đã tiến hành các thí nghiệm mới trong đó lực hấp dẫn tác dụng lên cánh tay đòn của một cân xoắn là lực căng của các vật nặng không phải do Trái đất mà do Mặt trời. Nếu bạn không chạm vào cần lắc và không xoay nó về , như đã làm trong các thí nghiệm của Eötvos, thì hướng xoắn của sợi cân xoắn dường như không thay đổi. Tuy nhiên, Dicke lưu ý rằng nếu nguyên lý tương đương không đúng thì ách của cân sẽ được quay chậm do tác dụng của lực hấp dẫn lên các mẫu từ Mặt trời (Hình 4). Hướng của cần lắc so với Mặt trời thay đổi theo thời gian do Trái đất quay và người thí nghiệm sẽ phải quan sát dao động xoắn của sợi dây với
khoảng thời gian 24 giờ. Không có biến động như vậy được phát hiện. Ưu điểm của thí nghiệm của Dicke so với thí nghiệm của Eotvos là trong các thí nghiệm mới, người làm thí nghiệm không phải tự mình thay đổi vị trí của tay bập bênh; điều này đã cứu anh ta khỏi nguy cơ mắc thêm sai lầm.
Phân tích cho thấy trong các thí nghiệm của Dicke, sai số đã giảm xuống còn .
Kết quả của Dicke đã được cải thiện bởi nhà vật lý Liên Xô V. B. Bragiinsky. Bragiinsky đã sử dụng ý tưởng của Dicke nhưng hạ thấp khả năng xảy ra sai sót xuống .
Khó có thể mong đợi rằng trong tương lai gần sẽ có ai đó thực hiện các thí nghiệm mới: phải dành quá nhiều công sức cho việc này và khả năng quá nhỏ là nguyên tắc tương đương có thể trở nên không công bằng nếu được thay đổi với độ chính xác cao hơn nữa.
sai lầm của Galileo
Galileo lý luận như thế này: Chúng ta hãy lấy hai hòn đá, một hòn lớn và một hòn nhỏ. Giả sử một hòn đá lớn rơi nhanh hơn một hòn đá nhỏ. Hãy buộc chúng lại với nhau và ném những viên đá đã buộc này từ trên cao xuống. Nếu hòn đá lớn rơi nhanh hơn hòn đá nhỏ thì hòn đá nhỏ nhất phải làm chậm chuyển động của hòn đá lớn hơn. Nhưng khi đó những viên đá buộc vào nhau sẽ rơi nhanh hơn, chậm hơn một viên lớn nhưng lại nhanh hơn viên nhỏ nhất. Mặt khác, khối lượng của các viên đá được kết nối lớn hơn khối lượng của từng viên, điều đó có nghĩa là chúng sẽ rơi nhanh hơn. Điều này dẫn đến một sự mâu thuẫn có thể nhìn thấy được. Tình hình không lắng xuống và phản bác lại giả định rằng hòn đá lớn hơn rơi chậm hơn. Có vẻ như điều này bao hàm quy luật bình đẳng về gia tốc của mọi vật.
Trên thực tế điều này không đúng. Lỗi lý luận nằm ở chỗ giả định ngây thơ rằng gia tốc của các vật chỉ phụ thuộc vào một đại lượng vật lý - “trọng lực” (nghĩa là vào khối lượng hấp dẫn). Nếu có hai khối lượng (trọng lực và quán tính không bằng nó), thì “bằng chứng” bổ sung không thể thực hiện được.
22
Trên một số đẳng giác không gian bài toán
M.G.Krein, A.A.Nudelman
Giới thiệu
Trước khi tiếp tục chủ đề của bài viết này, chúng tôi mời người đọc chứng minh (hoặc ghi nhớ) một cách độc lập các mệnh đề nổi tiếng sau đây.
Câu 1.
Trong số tất cả các hình bình hành có chu vi cho trước, hình vuông có diện tích lớn nhất.
Đề xuất 2.
Trong số tất cả các hình bình hành có chu vi và chiều dài một trong các đường chéo cho trước, hình thoi có diện tích lớn nhất.
Hiển nhiên Mệnh đề 2 tương đương với mệnh đề sau:
Mệnh đề 2’.
Trong số tất cả các hình tam giác có chu vi và chiều dài một cạnh cho trước thì diện tích lớn nhất là tam giác đều.
Đề xuất 3.
Trong số các tam giác có chu vi cho trước thì tam giác đều có diện tích lớn nhất.
Mệnh đề 1-3 nằm trong số cái gọi là đẳng giác bài toán: trong số các hình thuộc loại xác định có chu vi cho trước, cần tìm các hình có diện tích lớn nhất. Ở đây chúng ta hãy lưu ý rằng Mệnh đề 1 và 3 là những trường hợp đặc biệt của một phát biểu tổng quát hơn: trong số tất cả các -giác có chu vi cho trước, -giác đều có diện tích lớn nhất. Từ đó, chúng tôi đề xuất một phép chuyển đổi để dễ dàng đạt được điều đó trong số tất cả các hình có chu vi nhất định (loại hình không trùng với diện tích bị giới hạn bởi diện tích lớn nhất là hình tròn có *).
Sản xuất bài toán
Bây giờ chúng ta hãy xem xét các dạng tương tự mở rộng của các mệnh đề 1-3; trong đó, hình bình hành được thay thế bằng hình bình hành, hình tam giác được thay thế bằng hình tứ diện (cặp tam giác) và diện tích bằng thể tích.
Bài tập 1. Trong số tất cả các hình song song có tổng độ dài các cạnh cho trước, hãy tìm hình song song có thể tích lớn nhất.
Bài tập 2. Trong số tất cả các hình song song có tổng độ dài các cạnh và độ dài một đường chéo cho trước thì diện tích có thể tích lớn nhất.
Trước khi phát biểu lại bài toán 2 để có được sự tương tự của Mệnh đề 2’, chúng ta hãy giới thiệu một số định nghĩa.
Một đường đứt đoạn khép kín gồm bốn mắt xích có các đỉnh không nằm trong cùng một mặt phẳng được gọi là tứ giác không gian. Về một tứ diện có các đỉnh trùng với các đỉnh của một tứ giác không gian, chúng ta sẽ nói rằng nó được đặt theo tên của tứ giác này (Hình 1).
Dễ dàng thấy rằng thể tích của một tứ diện được bao bọc bởi không gian
*) Người đọc sẽ tìm thấy một bằng chứng tao nhã cho nhận định này, không sử dụng đoạn văn đến giới hạn, trong cuốn sách: G. Rademacher và O. Toeplitz. Những con số và hình vẽ, M., Fizmatgiz, 1962.
23
Một hình tứ giác có các cạnh là đường chéo của hình bình hành và ba cạnh liên tiếp của nó (Hình 2), tạo thành một phần sáu thể tích của hình bình hành. Do đó, bài toán2 bao gồm bài toán tiếp theo:
Nhiệm vụ 2’. Trong số tất cả các tứ giác không gian có chu vi cho trước là 2p và độ dài một cạnh h, hãy thấy rằng chúng ta cần khối tứ diện có thể tích lớn nhất.
Sau lời giải, bài toán này có thể được giải quyết dễ dàng.
Nhiệm vụ 3. Trong số tất cả các tứ giác không gian có chu vi 2p cho trước, hãy tìm thể tích tối đa mà chúng ta cần cho một khối trung diện.
Lời giải bài toán
Lời giải bài toán 1
Vì trong số các hình bình hành có chiều dài cố định, hình bình hành hình chữ nhật có diện tích cạnh lớn nhất và trong số các hình bình hành có chiều dài cạnh cố định, hình bình hành hình chữ nhật có thể tích lớn nhất, nên đối với lời giải bài toán 1, chỉ cần xem xét hình bình hành hình chữ nhật là đủ.
Cơm. 2.
Cơm. 3.
Nếu độ dài các cạnh của một hình bình hành phải được biểu thị bằng , thì bất đẳng thức nổi tiếng giữa trung bình số học và trung bình hình học
(trong đó dấu bằng chỉ xuất hiện trong trường hợp ) dẫn đến kết quả sau:
Định lý 1. Trong số tất cả các hình bình hành có tổng độ dài các cạnh cho trước, hình lập phương có thể tích lớn nhất.
Lời giải bài toán 2'
Hãy bắt đầu nhìn vào bài toán 2’. Với her lời giải mệnh đề phụ sau đây sẽ được sử dụng.
Gọi P là mặt phẳng vuông góc với cạnh AB của tứ giác không gian ABCD (Hình 3). Chiếu ABCD lên P, ta được tam giác BEF.
Bổ đề 1. Thể tích V của khối tứ diện ta cần trên ABCD được tính theo công thức
(1)
thức ăn .
Để chứng minh điều này, chỉ cần lưu ý rằng các terzer ABCD và ABEF có kích thước bằng nhau, vì mỗi terzer đều có kích thước bằng với terzer ABCF.
Công thức (1) ngay lập tức gợi ý đặt lời giải bài toán 2’: bạn cần độ dài và vị trí của cạnh BC, CD và
24
Cơm. 4.
AD (Hình 3) nên chọn sao cho diện tích của tam giác BEF rộng nhất có thể.
Để đạt được điều này, trước tiên chúng tôi đảm bảo rằng chu vi của nó càng rộng càng tốt. Chúng ta hãy khai triển các mặt ABFD, FDCE, CEB lên mặt phẳng, chiếu tứ giác ABCD lên mặt phẳng P. Trong hệ kết quả là hình phẳng (Hình 4), độ dài cạnh bằng chu vi của tam giác BFE, do đó rõ ràng chu vi này sẽ rộng nhất trong trường hợp các đoạn AD, DC, CB tạo thành một góc tính từ cạnh AB (Hình 5). Do đó, có thể thu được một tứ giác không gian tính từ cạnh và chu vi , trong đó tam giác BEF có chu vi rộng nhất, nhờ vào cấu trúc sau: một hình chữ nhật tính từ cạnh và đường chéo được gấp thành lăng trụ tam giác sao cho các điểm và trùng nhau, và cạnh bên của nó là đoạn thẳng . Trong trường hợp này, đường thẳng trở thành tứ giác không gian ban đầu.
Lời giải bài toán 3
Hãy tính thể tích lớn nhất được thảo luận trong Định lý 2. Từ Hình 5, chúng ta thấy rằng chu vi của tam giác BFE bằng , nghĩa là diện tích lớn nhất của nó là ;
cuối cùng, diện tích tối đa của tứ diện hình thành, theo công thức (1), bằng
Bây giờ bài toán 3 có thể được giải dễ dàng. Nó khác với bài toán 2’ ở chỗ nó chỉ định chu vi mol của hình tứ giác.
25
Rõ ràng, đối với lời giải của nó, chỉ cần đặt ở bài toán trước đó một giá trị mà tại đó phần bên phải của công thức (2) có giá trị lớn nhất. Giá trị này được tìm thấy bằng cách sử dụng bất đẳng thức giữa giá trị trung bình đối số và giá trị trung bình hình học:
nó bằng , vì chính xác là ở . Điều này ngụ ý lời giải bài toán 3:
Định lý 3. Trung bình cộng của các khối tứ diện định hướng trên không gian của các tứ giác có chu vi cho trước, thể tích lớn nhất là khối tứ giác hướng trên một tứ giác có các cạnh bằng nhau và các góc tạo bởi một cặp cạnh nào cũng bằng nhau.
Thật vậy, nếu , thì độ dài của ba cạnh còn lại là ; sự bằng nhau của các góc có thể thu được trực tiếp bằng cách tính toán (vì , nên tất cả các góc đều bằng arccos), nhưng dễ dàng nhận thấy rằng trong tứ giác đang xét, tất cả các cạnh đều bằng nhau.
Bằng những phương pháp vượt xa toán học sơ cấp, có thể chứng minh rằng một song song cho lời giải bài toán 2 cũng cho lời giải cho bài toán tiếp theo: trong cùng điều kiện, hãy tìm song song có tổng bề mặt cho trước lớn nhất.
Một số khái quát
Công thức (1) có thể được khái quát hóa cho các vật thể có hình dạng phức tạp hơn tứ diện và cho phép chúng ta giải các vật thể đó bài toán, tương tự như bài toán 2 và 3, theo cách tương tự: giảm đẳng tích không gian bài toán thành đẳng tích phẳng bài toán.
Cho một số đường gãy không gian chiều . Chúng ta sẽ nói rằng đó là một hệ quy chiếu đơn nếu toàn bộ mặt phẳng đi qua hai đầu và của nó có nhiều nhất một điểm chung với đường đứt nét .
Về một khối đa diện có các mặt là hình tam giác , , …, và các hình tam giác , , …, , chúng ta sẽ nói rằng nó được gắn vào một khung đơn giản nhất định (Hình 6) (các mặt được chỉ định tạo thành “cấu trúc chung” của nó).
Vì một khối đa diện được bao bọc bởi một khung đơn giản có thể bao gồm các tứ diện , , …, , với mỗi khối đó áp dụng Bổ đề 1, thì điều đó đúng.
Bổ đề 2. Thể tích của khối đa diện gắn vào hệ quy chiếu đơn được tính theo công thức
food là khoảng cách giữa hai đầu và , là diện tích của đa giác (), là hình chiếu của khung lên mặt phẳng P, vuông góc với đường thẳng .
Sử dụng ví dụ tương tự như trong chứng minh Định lý 2, người đọc có thể dễ dàng chứng minh, dựa trên lời giải đẳng giác bài toán cho -giác, định lý sau:
Định lý 4. Khối đa diện trung bình, gọi các khung -gân đơn giản với khoảng cách cho trước giữa hai đầu, cái lớn nhất là một đa giác, gọi là khung, nằm trên các mặt bên của lăng kính n-y bên phải, trong đó đoạn đóng vai trò là một cạnh, và đáy là argmeter ; trong trường hợp này, các cạnh của khung tạo thành các góc bằng nhau với .
26
Do đó, âm lượng tối đa bằng
Nếu chúng ta không cố định khoảng cách giữa các đầu của khung thì điều đó ngay lập tức tuân theo Định lý 4.
Định lý 5. Trong số tất cả các khối đa diện chúng ta cần cho các khung liên kết n đơn giản có độ dài L cho trước, khối lượng lớn nhất chúng ta có là khối đa diện chúng ta cần cho khung, nằm trên các mặt bên của lăng kính liên kết n bên phải có chiều cao và chu vi đáy , và các cạnh của khung có dạng lăng kính có chiều cao lăng kính bằng α = . Đây là khối lượng lớn nhất bằng
Được biết, trong số n-giác có độ dài các cạnh cho trước, hình có diện tích lớn nhất là hình có thể nội tiếp được trong một đường tròn. Sử dụng thực tế này, người đọc sẽ có thể chứng minh rằng trong số tất cả các khối đa diện, chúng ta cần các khung liên kết n đơn giản với độ dài các liên kết cho trước và khoảng cách h giữa các đầu, khối lớn nhất có khối đa diện, chúng ta cần một khung nằm trên các mặt bên của lăng kính có chiều cao h, các cạnh của đáy , trong đó , và đáy của lăng kính có thể nội tiếp trong một vòng tròn.
Bây giờ chúng ta hãy từ bỏ yêu cầu rằng khung nhất thiết phải bao gồm các đoạn thẳng: chúng ta sẽ xem xét các đường cong không gian “trơn tru”. Một đường cong được gọi là trơn nếu một tiếp tuyến có thể được vẽ tại mỗi điểm của nó và hướng của tiếp tuyến thay đổi “một cách đều đặn” khi có những thay đổi nhỏ ở vị trí của điểm tiếp tuyến. Do đó, chúng tôi không xem xét các đường cong có “điểm gấp khúc”, mặc dù phải trả giá bằng việc trình bày hơi phức tạp nhưng vẫn có thể mở rộng kết quả cho những đường cong như vậy. Đường cong không gian trơn AB được gọi là hệ quy chiếu trơn đơn nếu mọi mặt phẳng đi qua hai đầu A và B có nhiều nhất một điểm chung với nó.
Cho điểm M di chuyển dọc theo một khung đơn giản. Khi đó các đoạn AM và BM sẽ lược bỏ một số bề mặt nhất định tạo nên “lớp da” của khung; Về một vật thể bị giới hạn bởi “lớp da”, chúng ta sẽ tiếp tục nói rằng nó bị kéo căng trên khung (Hình 7).
Sử dụng đoạn văn đến giới hạn, có thể chứng minh rằng thể tích của một vật trải dài trên một khung đơn giản nhẵn cũng được tính
Cơm. 7.
được tính theo công thức (1), trong đó S lúc này biểu thị diện tích của hình được giới hạn bởi hình chiếu của khung lên mặt phẳng Π. Bản chất của việc chuyển sang giới hạn rất rõ ràng về mặt trực giác: cần phải thay thế khung trơn “gần” với nó bằng khung bị hỏng; tuy nhiên, việc thực hiện các phép tính chính xác là một vấn đề khá thận trọng.
Sử dụng tính chất đẳng tích của đường tròn, như trên, chúng ta có thể xác minh tính đúng đắn của định lý sau:
Định lý 6. Trong số tất cả các loại phấn, chúng ta cần các khung trơn đơn giản có chiều dài L cho trước và khoảng cách h cho trước giữa các đầu, thể tích lớn nhất mà chúng ta có, chúng ta cần một khung, là một chuỗi xoắn có bước h, nằm trên một bề mặt hình trụ tròn có bán kính đáy (Hình 7).
Định lý 7. Trong số tất cả các loại phấn, chúng ta cần các khung trơn đơn giản có chiều dài L cho trước, thể tích lớn nhất mà chúng ta có, chúng ta cần một khung, là một cuộn dây xoắn có bước h = , nằm trên một mặt hình trụ tròn có bán kính đáy .
27
Số , đa thức, dãy
(nhiều cách tiếp cận một bài toán)
V. N. Vagumen
Chúng ta hãy nhớ lại một bài toán từ “Bài toán «Kvant», lời giải cơ bản được viết bằng «Kvant» Số 12 cho năm 1972.
M138. Chứng minh rằng nếu và là số hạng của số thì
của nó là các hệ số sinh học.
Những cách chứng minh khác nhau về những điểm này sẽ là cơ hội tốt để chúng tôi giới thiệu với bạn đọc một số khái niệm và sự kiện toán học quan trọng chưa có trong chương trình học ở trường (vi phân hữu hạn, công thức nội suy cho đa thức, đa thức tùy ý, chuỗi lũy thừa của số mũ). Theo các định nghĩa và lý thuyết trong mỗi đoạn văn, người đọc sẽ bắt gặp dòng chữ “bây giờ chúng ta hãy quay lại bài toán của mình”, theo sau là một lời giải bài toán M138 mới.
Việc chứng minh các định lý có thể được bỏ qua, nhưng tốt hơn là nên phân tích chúng, mặc dù điều này không dễ thực hiện vì chúng được viết rất ngắn gọn.
Giới thiệu. Hệ số sinh học và công thức bài toán
Chúng tôi liệt kê một số thuộc tính của số . Mỗi thuộc tính 0,1-0,3 có thể được lấy để xác định những con số này.
0,1. — hệ số đa thức
0,2. ; cho mỗi
0,3. Đối với tất cả và ()
hoặc
ở đâu .
Bài tập 0. a) Tìm các số cho mọi từ 1 đến 10, sử dụng từng định nghĩa 0,1, 0,2, 0,3. b) In 0,2 từ 0,1, sử dụng tokdev . b) Rút ra 0,3 từ 0,2, sử dụng quy nạp toán học
28
tsini (nghĩa là kiểm tra xem nếu công thức (3) đúng với thì nó cũng đúng với ).
d) Kiểm tra xem .
Đa thức đôi khi được gọi là “nhị thức” (bin giống như double), công thức (1) là công thức của “nhị thức Newton” và các số là “hệ số nhị thức”.
Chúng ta đặt bằng 1 trong đẳng thức (1). Chúng tôi có được
Thay vào đây, ta được
Hóa ra, ngoài sự tương ứng (5), các đẳng thức sau đây cũng đúng với các số :
Chính những đẳng thức này cần được chứng minh trong bài toán M138; chúng sẽ được thảo luận ở cuối mỗi đoạn văn.
Trong tương lai, chúng tôi sẽ thường sử dụng ký hiệu ngắn về số lượng bằng biểu tượng . Ví dụ, công thức (1) có thể được viết ngắn gọn như sau:
công thức (4)
đẳng thức (5) và cuối cùng là đẳng thức (6), cần được chứng minh trong bài toán M138 -
cho mọi tự nhiên.
§ 1. Dãy số và sai phân hữu hạn
Cho tập hợp các số nguyên không âm 0, 1, 2, 3… có hàm . Điều này có nghĩa là trình tự được đưa ra
Tất nhiên, nếu từ mỗi thành viên của chuỗi , ngoại trừ thành viên đầu tiên, chúng ta trừ đi thành viên trước của chuỗi, thì chúng ta thu được một chuỗi mới - một chuỗi khác biệt
Chúng ta hãy biểu thị hàm tương ứng bằng :
Nếu chúng ta thực hiện thao tác tương tự - chuyển đổi từ sang - với chuỗi , thì chúng ta sẽ có được chuỗi
Hãy biểu thị nó bằng .
29
Chuỗi này được gọi là chuỗi sai phân thứ hai của . Hãy làm rõ lại một lần nữa, chúng ta nhận được chuỗi khác biệt thứ ba - :
và vân vân.
Như vậy, theo định nghĩa
(7)
(Hãy nhớ rằng đối số của các hàm , , , … nhận các giá trị nguyên không âm: ).
Ví dụ đầu tiên, hãy xem xét hàm hằng :
Đối với nó, chuỗi khác biệt rõ ràng sẽ chỉ bao gồm các số 0. Hãy viết ngắn gọn như thế này: (với tất cả ).
Đương nhiên, các chuỗi , …, cũng sẽ chỉ bao gồm các số 0, tức là .
Nếu là hàm tuyến tính: , tức là nếu dãy được biểu thị bằng cấp số cộng , thì tất cả các số hạng của dãy sẽ bằng cùng một số . Do đó .
Nếu là tam thức bậc hai thì là hàm tuyến tính (từ số ):
Khi đó là hàm hằng: . Do đó và tất nhiên là cho tất cả .
Chúng tôi không có quyền 1. a) Đặt . Tìm , , , … 6) Câu hỏi tương tự nếu .
Những quan sát của chúng tôi được tóm tắt trong hai định lý sau đây.
1.1. Số được biểu thị thông qua giá trị của hàm theo công thức
1.2. Nếu là đa thức bậc thì .
Cả hai mệnh đề 1.1 và 1.2 đều có thể được chứng minh bằng quy nạp trên . Đối với chúng tôi đã kiểm tra chúng. Giả sử chúng đúng với , chúng ta chứng minh chúng cho .
1.1. Sử dụng (7), (8) và (2), chúng tôi thu được
1.2. Hãy để . Đẳng thức của chúng ta (chúng tuân theo (4))
(ở đây ). Chúng ta hãy nhân chúng tương ứng với các hệ số và cộng chúng lại. Chúng ta nhận được: ở bên trái , ở bên phải - một đa thức nhất định ở bậc không cao hơn . Nếu thì và theo giả thuyết quy nạp . Vì vậy, .
30
Bây giờ chúng ta hãy quay lại bài toán của chúng ta.
Đẳng thức (6’), theo 1.1. Tôi biết chính xác rằng dành cho hàm và điều này diễn ra trực tiếp từ Tuyên bố 1.2.
Bài toán 1. Đặt . Tìm . Sử dụng kết quả này hãy tính tổng
Bài toán 2. Chứng minh rằng tồn tại với mọi thì là đa thức bậc nhiều nhất .
Bài toán 3. Tìm tất cả các chuỗi trong đó , trong đó là một số nào đó.
§ 2. Đa thức và công thức nội suy
Biết rằng qua hai điểm ta vẽ được một đường thẳng. Nói cách khác, nếu cho hai cặp số và , thì sẽ tồn tại một đa thức bậc duy nhất không cao hơn đa thức bậc đầu tiên sao cho và .
Thực tế này được tóm tắt như sau.
Cho các số khác nhau và các số . Khi đó các khẳng định sau đây là đúng.
2.1. Tồn tại một đa thức bậc không lớn hơn sao cho
2.2. Đa thức được xác định duy nhất.
Để chứng minh 2.1, chỉ cần tưởng tượng một đa thức như vậy là đủ. Để làm điều này, trước tiên hãy xem xét các đa thức
(vào tử số và mẫu số của đa thức ). Rõ ràng là vậy
Bây giờ chúng ta hãy nhân với số và cộng tất cả các đa thức này. Để có được một đa thức
mọi đẳng thức (9) đều được thỏa mãn.
Để chứng minh 2.2, ta cần hai định lý quan trọng về nghiệm của đa thức.
2.3. Nếu một đa thức
độ không cao hơn của các nghiệm khác nhau thì đa thức này bằng 0, tức là .
2.4. (“Định lý Bezout.”) Nếu là nghiệm của đa thức , thì đa thức chia hết cho , tức là
thực phẩm là một đa thức nhất định.
31
Chứng minh 2.4. Hãy viết điểm , , nhân chúng tương ứng với các hệ số rồi cộng tất cả các điểm này lại. Chúng ta thu được một công thức hợp lệ cho mọi đa thức (12) và mọi số :
trong đó là một đa thức nào đó. Cụ thể, nếu , chúng ta thu được (13).
Chứng minh 2.3. Chúng ta hãy tiến hành quy nạp trên . Vì Mệnh đề 2.3 là hiển nhiên. Hãy chứng minh rằng nếu nó đúng với thì nó cũng đúng với . Đặt là nghiệm của đa thức (12). Khi đó, theo 2.4:
hơn nữa, đa thức có bậc nhiều nhất là và có nghiệm khác nhau . Theo giả thuyết quy nạp, bằng 0; từ (14) suy ra cũng bằng 0.
Chứng minh 2.2. Giả sử và là hai đa thức, với mỗi đẳng thức (9) đều đúng. Khi đó hiệu của chúng thỏa mãn các điều kiện của Định lý 2.3 (đa thức ) bậc không cao hơn căn và do đó bằng 0, tức là .
Vì vậy, chúng ta đã chứng minh được rằng qua điểm chúng ta có thể chứng minh được một đường cong duy nhất có dạng
và thậm chí còn cung cấp một công thức cho phép bạn viết ngay đa thức cần thiết. Công thức (11) này được gọi là công thức tích phân Laerang.
Bài tập 2. a) Tìm một tam giác vuông biết tại các điểm 2, 3, 5 có các giá trị tương ứng là 7, 11, 13. 6) Tìm một đa thức bậc không lớn hơn 4, đồ thị của tam giác đó đi qua các điểm .
Hãy quay trở lại bài toán của chúng tôi. Chúng ta hãy xây dựng một đa thức bậc nhiều nhất là , mà tại các điểm thuộc giá trị của tương ứng. Từ công thức (11), suy ra đa thức này bằng , trong đó
Rõ ràng hệ số của đa thức (15) bằng
Về cơ bản hệ số của đa thức bằng
Mặt khác, rõ ràng đa thức đơn giản là , bởi vì . Do đó, hệ số của bằng 0.
Bài 4. Chứng minh tập hợp số thỏa mãn điều kiện: “với mọi đa thức bậc không lớn hơn đẳng thức
khi và chỉ khi , trong đó là một số nào đó.
32
Nhiệm vụ 5 (khái quát hóa). Chứng minh rằng nếu các số phân biệt từng cặp thì hệ phương trình
có lời giải bộ số
(), trong đó là một số tùy ý và không có lời giải nào khác.
§ 3. Đạo hàm đa thức và bội nghiệm
Đặt là đa thức bậc :
Khi đó theo định nghĩa một đa thức bậc
được gọi là đa thức tùy ý . Tuyên bố sau đây hóa ra là đúng.
3.1. Nếu đa thức chia hết cho thì đa thức chia hết cho . Nói cách khác, nếu số là nghiệm của bội số của đa thức , thì là nghiệm của bội số ít nhất là của đa thức .
Chứng minh 3.1. chúng tôi sử dụng bổ đề này.
3.2. Nếu thì
(16)
Chứng minh 3.2. Nếu , thì không khó để kiểm tra, sử dụng định nghĩa của một đa thức tùy ý, cả bên phải và bên trái của đẳng thức (16) đều bằng nhau
Chứng minh 3.1 được chứng minh bằng indykation sử dụng . Hãy kiểm tra 3.1 để tìm . Nếu chia hết cho thì , trong đó chia hết cho và, như có thể thấy từ (16), cũng chia hết cho .
Chứng minh 3.1 đúng với thì nó cũng đúng với . Giả sử chia hết cho . Khi đó , trong đó chia hết cho và từ (16) suy ra rằng chia hết cho ( chia hết cho theo đề xuất indyktion).
Bài tập 3. a) Đa thức có bội nghiệm không?
- Tìm và sao cho đa thức chia hết cho .
Bây giờ chúng ta hãy quay lại bài toán của chúng ta. Đẳng thức (6’) có nghĩa chính xác là đa thức có số làm gốc của nó.
Chúng ta hãy chứng minh một phát biểu mạnh hơn: đa thức có số là nghiệm của bội số , tức là nó chia hết cho (nếu ).
Đối với điều này rất thuận tiện. Đối với , chúng tôi thực hiện indykation trên . Cho có số là bội số gốc
35
Hệ số hiệu suất tên lửa
A. V. Byalko
Hãy bắt đầu với một bài toán nhỏ. Mất bao lâu để một chiếc xe điện tiêu thụ đủ năng lượng cần thiết để phóng nó lên quỹ đạo vệ tinh Trái đất? (Công suất , trọng lượng )
Động năng của vệ tinh chuyển động theo quỹ đạo tròn là , trong đó là vận tốc thoát đầu tiên, là bán kính Trái đất. Thế năng đối với các quỹ đạo hơi cao có thể bị bỏ qua so với Động năng của một con diều phún xạ , chúng tôi thấy rằng
Chỉ 9 giờ thôi! Cần 9 kilowatt giờ, 36 kopecks để phóng mỗi kg khối lượng vào quỹ đạo của một vệ tinh Trái đất. Tại sao việc thực hiện một chương trình không gian lại đòi hỏi chi phí tương xứng với ngân sách quốc gia của các nước liên quan?
Bởi vì nguồn năng lượng 9 kWh này là cần thiết nhưng chưa đủ. Bởi vì vợt như một cỗ máy báo hiệu có hiệu quả rất thấp. Chúng ta hãy cố gắng tìm anh ấy.
Đầu tiên, chúng ta sẽ rút ra công thức nối khối lượng và tốc độ của tên lửa, tức là chúng ta sẽ giải “bài toán Tsiolkovsky”. Khó khăn ở đây là khối lượng của tên lửa luôn giảm khi tăng tốc - nhiên liệu bị đốt cháy. Các quá trình như vậy được nghiên cứu bằng cách giải các phương trình vi phân. Để tránh điều này, chúng ta hãy tưởng tượng rằng quá trình đốt cháy không xảy ra liên tục mà diễn ra ở những phần nhỏ nhất định. Giả sử, mỗi lần tên lửa phóng ra phần khối lượng của nó, giống như bắn một viên đạn, khối lượng của nó nhỏ hơn lần so với khối lượng của tên lửa tại thời điểm này (Hình 1).
Tốc độ của một “viên đạn” như vậy so với tên lửa sẽ được coi là không đổi và được gọi là vận tốc thoát ra . Với mỗi lần “phát súng” như vậy định luật bảo toàn động lượng được thực hiện. Đặt khối lượng của tên lửa ban đầu là và tốc độ của nó bằng 0. Khi đó là lượng chuyển động của khối lượng được chọn sau lần đẩy đầu tiên và là lượng chuyển động bằng với nó.
Hãy xem xét một động cơ tên lửa cố định ở trạng thái bất động, được gọi là động cơ băng ghế. Khi khối lượng μ bị loại bỏ (chúng ta đếm cả nhiên liệu và ký hiệu mô tả cùng nhau), năng lượng qμ được giải phóng, nhưng chỉ một phần của nó được chuyển thành động năng sinh ra μ . Vì vậy . Nếu chúng ta nhập hệ số hiệu suất của động cơ băng ghế - tỷ lệ năng lượng hữu ích *) trên năng lượng tiêu hao - chúng ta nhận được
nghĩa là tốc độ dòng chảy của một phản ứng hóa học nhất định không thể vượt quá tốc độ dòng chảy tối đa (kể từ ).
Hãy xem xét một số phản ứng hóa học và tính tốc độ dòng chảy tối đa cho chúng.
- Đốt cháy axetylen:
Số kilocalo ở vế phải của phương trình phản ứng cho biết lượng năng lượng được giải phóng khi thêm một khối lượng bằng tổng số mol nhiên liệu và ký hiệu mô tả. Trong trường hợp này, với cạnh của hai nốt ruồi và gót của nốt ruồi , tức là chỉ . Vì vậy, nhiệt trị của nhiên liệu này
và tốc độ xả tối đa
*) Lưu ý rằng năng lượng không thực sự hữu ích. Rốt cuộc, bài toán chính là tăng tốc khối lượng hữu ích đến tốc độ cần thiết chứ không phải khí thải.
Chúng tôi tính toán tương tự
Vận tốc khí thải tối đa cao nhất có thể đạt được trong phản ứng đốt cháy berili kim loại:
Tuy nhiên, ứng dụng thực tế của phản ứng này bị cản trở bởi thực tế là kim loại berili và các hợp chất của nó rất độc.
Bây giờ chúng ta hãy xem xét hiệu suất của tên lửa nói chung, nghĩa là tỷ lệ bằng , vì phần lớn khối lượng ban đầu là nhiên liệu. Như vậy,
Hoặc, thay thế biểu thức của nó bằng
39
Về con cáo và con chó
M. L. Gerver
Ghi chú này không liên quan đến điều này:
“cáo” và “chó” đơn giản là điều kiện thuận lợi để sinh sản cho hai thùy chuyển động, một thùy “đẩy nước” kia.
§ 1. Công thức bài toán
Một con cáo chạy theo một đường thẳng với vận tốc không đổi. Con chó đuổi theo con cáo với tốc độ như nhau và chạy theo cách mà nó luôn nhìn thấy con cáo ở phía trước. Con cáo chạy từ điểm L₀ (Hình 1) theo hướng mũi tên chỉ. Con chó đang ở thời điểm đầu tiên ở điểm C₀. Ở bao nhiêu C₀ thì con chó sẽ đuổi kịp con cáo?
Bây giờ thật khó để xác định ai đã nghĩ ra bài toán tuyệt đẹp này - nó đã được cung cấp trong nhiều năm tại Đại học Cơ khí Quốc gia Moscow cho những sinh viên chưa học đạo hàm là gì. Sau khi chủ đề “Đạo hàm” được đưa vào chương trình giảng dạy ở trường toán, họ bắt đầu kể cho học sinh nghe về con cáo và con chó, cảnh báo trước rằng đây là “vấn đề với hai ngôi sao”.
Vào đầu năm 1972, chúng tôi đề xuất bài toán về một con cáo và một con chó ở lớp 10 “b” của trường 57 ở Moscow. Người đầu tiên trong lớp giải được bài toán này (theo nhiều cách khác nhau) là Kolya Nadrashiel, Volodya Lidsky và Serge Glyadkov*). Tuy nhiên, từ lời giải (được phát minh bởi S. Glyadkov), người ta có thể đơn giản hóa nó đến mức trở thành hoàn toàn “sơ cấp”.
Đây là lời giải (không yêu cầu làm quen với khái niệm đạo hàm) và sẽ được đưa ra dưới đây. Tất nhiên, trước khi đọc nó, hãy cố gắng tự mình giải quyết bài toán. có thể nó không thành công (tôi đã cảnh báo rằng nhiệm vụ này rất khó) - thì ít nhất hãy cố gắng đoán đáp số. Nó khá bất ngờ.
§ 2. Cùng thử đoán nhé đáp số
- Chúng ta hãy biểu thị đường mà con cáo L đang chạy theo l. Tại điểm А₀ chúng ta sẽ xây dựng một p vuông góc với nó (Hình 2).
*) Hiện nay tất cả đều là sinh viên năm thứ nhất.
40
Kulyar ), thì bạn sẽ không thể đuổi kịp con cáo. Điều này có thể được chứng minh, ví dụ như thế này.
Chúng ta hãy phân tách tốc độ của con chó thành hai thành phần: (dọc theo ) và (dọc theo ). Hãy chiếu điểm lên đường thẳng vào điểm (). Sau đó, có thể được sử dụng làm tốc độ ) mà điểm di chuyển dọc theo đường thẳng theo sau . Vì , khoảng cách giữa và không giảm theo thời gian*), nên con chó trong trường hợp này sẽ không đuổi kịp con cáo.
- Cho đến nay mọi thứ đều đơn giản. Khó khăn bắt đầu khi điểm nằm ngoài đường và hướng về phía trước (phía trên đường vuông góc ).
Chúng ta hãy vẽ hai tia từ điểm : và (Hình 3) - ở một góc tới các đường thẳng và . Vùng được tô màu trong Hình 3 là an toàn cho cáo: nếu nằm trong vùng này thì con chó chạy từ điểm sẽ không bắt được cáo. Để chứng minh điều này, chúng ta hãy lấy điểm thậm chí không phải ở bên trong mà nằm trên ranh giới của đới (ví dụ: trên tia ).
*) là một vectơ và là độ dài của nó.
**) Khoảng cách giữa và thậm chí còn tăng lên; Ngược lại, khoảng cách giữa và , như chúng tôi sẽ trình bày bên dưới, lại giảm đi.
Đặt là một điểm trên đường thẳng sao cho . Sau đó, con chó sẽ chạy đến dọc theo một con đường dài hơn. Điều này có nghĩa là khi con cáo ở điểm thì con chó sẽ chưa đạt tới điểm . Dễ dàng kiểm tra được rằng trong trường hợp này cô ấy sẽ ở phía sau con cáo - phía sau đường vuông góc . Và trong tình huống như vậy, như chúng ta đã thấy, cô ấy sẽ không thể đuổi kịp con cáo.
- Điều này hoặc điều gì đó tương tự là cách hầu hết mọi người bắt đầu quyết định bài toán được thảo luận.
Inutchina gợi ý rằng vùng an toàn cho cáo có thể được mở rộng hơn nữa. Cô ấy trông như thế nào? Một cái gì đó giống như trong Hình 4? Không, hóa ra không phải vậy…
§ 3. Trong hệ tọa độ chuyển động
Hãy thực hiện một bước quyết định sẽ đơn giản hóa đáng kể mọi tính toán tiếp theo. Chúng ta hãy chọn hệ tọa độ trực tiếp sao cho nó chuyển động đều theo con cáo *) theo hướng của trục . Cho con cáo ở trên hệ chuyển động tại thời điểm ban đầu (tại điểm ). Sau đó cô ấy sẽ luôn ở thời điểm này.
Con chó sẽ di chuyển như thế nào so với hệ thống ?
Chúng ta hãy lấy một số điểm trên mặt phẳng (Hình 5, a).
*) Quan sát tương đối đứng yên.
41
Nếu điểm này ở vị trí tương ứng với hệ tọa độ , thì điều này có nghĩa là nó di chuyển cùng với con cáo) - theo cùng một hướng và cùng tốc độ.
Để điểm ở đúng vị trí theo quan điểm của người quan sát đứng yên, cần phải bù cho các chuyển động của hệ , tức là cần buộc điểm chuyển động tương đối so với hệ theo hướng ngược với hướng của trục , và đỉnh hoành của tốc độ của chuyển động này phải giống như của khuôn mặt (Hình 5, b).
Theo điều kiện bài toán con chó chạy thẳng về phía con cáo (theo quan điểm của người quan sát đứng yên). Điều này có nghĩa là, so với hệ , con chó tham gia vào hai chuyển động: thứ nhất, nó chuyển động đều với tốc độ theo hướng ngược lại với trục , và thứ hai, nó tiến đến gốc tọa độ với cùng tốc độ. Các mũi tên trong Hình 5, là vectơ vận tốc trong mỗi chuyển động được chỉ định. Chúng ta sẽ tìm tốc độ chuyển động của con chó so với hệ tọa độ bằng cách sử dụng các quy tắc hình bình hành (Hình 5, f).
Cho đến cxx, chúng ta đã vẽ điểm ở cùng một vị trí trên mặt phẳng . Hình 6 cho thấy tốc độ thu được phụ thuộc như thế nào vào vị trí của điểm . Càng nhiều
Cơm. 6.
góc giữa các vectơ cộng lại thì vectơ vận tốc thu được càng ngắn. Nếu bạn đặt điểm trên bán trục âm của trục , thì các vectơ cộng lại sẽ có hướng ngược nhau và tốc độ thu được sẽ bằng 0. Tất nhiên, nó phải như thế này: nếu con chó đi đúng hàng với con cáo, thì nó sẽ đuổi theo nó, không đến gần hoặc tụt lại phía sau, tức là nó ở vị trí của hệ thống .
§ 4. Con chó chạy theo đường parabol
- Ở trường họ học rất nhiều phương trình bậc hai. Mọi học sinh trung học đều biết một parabol (đồ thị của tam thức bậc hai) trông như thế nào.
Chúng ta hãy nhìn lại Hình 6. Rất giống nhau, các điểm nằm trên một parabol. Bây giờ chúng ta sẽ chứng minh rằng điều này đúng nếu những điểm này biểu thị một số vị trí liên tiếp của con chó đang chạy.
- Một số bạn đã biết, số khác có thể dễ dàng kiểm tra tính chất sau của một parabol:
Parabol là quỹ tích của các điểm chìm cách đều một điểm nào đó và từ một đường thẳng nào đó ).
Bây giờ chúng ta sẽ kiểm tra thuộc tính này trong trường hợp điểm là tọa độ không rõ ràng và đường thẳng song song với trục và nằm “dưới nó”, nghĩa là đối với một số , phương trình được đưa ra. Trong trường hợp này (Hình 7) bình phương khoảng cách từ điểm đến điểm bằng nhau (theo định lý Pythagore)
khoảng cách từ điểm đến đường thẳng là
và bình phương của khoảng cách này bằng
*) Điểm được gọi là tiêu điểm và đường thẳng được gọi là đường chuẩn của parabol.
42
Cơm. 7.
. Đối với các điểm cách đều và , sự tương ứng được thỏa mãn
hoặc, cái gì giống nhau,
Cuối cùng chúng ta hãy viết lại phương trình cuối cùng dưới dạng
(A)
Do đó, tất cả các điểm cách đều và đều nằm trên parabol cho bởi phương trình (A). Vì khi suy ra phương trình (A), chúng ta đã thực hiện các phép biến đổi giống nhau nên và ngược lại, tất cả các điểm trỏ đều cách đều điểm và đường thẳng .
- Trước khi xem qua dữ liệu, hãy lưu ý rằng tại () parabol
(B)
không có một điểm chung nào với parabol (A). Thật vậy, nếu một điểm nào đó thuộc về
Cơm. 8.
Nếu cả hai parabol được nhấn thì sự tương ứng sẽ được thực hiện
Không có đẳng thức tương đương là không thể, vì và .
- Chúng ta hãy lấy một điểm trên mặt phẳng , điểm này không nằm trên trục mà còn tùy ý. Chúng ta hãy đặt đoạn khỏi nó theo hướng ngược lại với trục (Hình 8) và vẽ một đường thẳng qua điểm , song song với trục . Khoảng cách giữa trục và đường thẳng được ký hiệu là . Theo mục 2, parabol (A) cách đều và và đi qua điểm .
Hãy để chúng tôi chứng minh rằng con chó sẽ chạy dọc theo parabol này (so với hệ ) nếu tại thời điểm ban đầu nó ở điểm .
Để chứng minh điều này, chúng ta hãy tưởng tượng rằng và là những sợi dây thừng chặt chẽ; tại điểm sợi dây được buộc vào một cái chốt nằm trên đường thẳng và có thể trượt tự do dọc theo nó; sợi dây được buộc chắc chắn ở điểm . Chúng ta cũng hãy tưởng tượng rằng tại điểm không có con chó mà là một con khỉ (một con chó không đủ háo hức để làm những gì chúng ta sắp dạy nó). Hãy đưa dây cho khỉ và yêu cầu nó kéo cả hai sợi dây lên cùng một lúc - đồng thời đến điểm và đến đường thẳng .
Bất cứ ai đã từng leo dây (sau đây gọi là từng người một chứ không phải hai người) đều có thể dễ dàng tưởng tượng điều gì sẽ xảy ra. Bằng cách di chuyển bàn chân của nó, con chó của chúng ta (tức là con khỉ) sẽ tiếp cận điểm và đường thẳng với cùng tốc độ. Sau một thời gian, nó sẽ rõ ở điểm (Hình 9); một vòng trượt không ma sát dọc theo đường thẳng sẽ chuyển động đến vị trí sao cho ; vì cả hai sợi dây sẽ được rút ngắn bởi cùng một đoạn nên các đoạn và sẽ bằng nhau.
Cơm. 9.
Khi đó nó sẽ ở điểm , v.v.
Vì , v.v. cách đều và , nên chuyển động, như chúng tôi đã hứa sẽ trình bày, xảy ra dọc theo parabol (A).
§ 5. Lời giải bài toán
Bây giờ thật dễ dàng để trả lời câu hỏi bài toán: con chó đến được con cáo ở mức nào ? — Chỉ dành cho nằm trên nửa đường thẳng trước điểm . Toàn bộ máy bay, ngoại trừ phần mũi tàu này, là vùng an toàn cho cáo. Thật vậy, nếu điểm nằm trong vùng được chỉ định, thì so với hệ tọa độ , chuyển động cùng con cáo, con chó sẽ chạy dọc theo một hình parabol. Sau một thời gian, cô ấy sẽ vượt qua trục và đến phía sau con cáo. Và trong trường hợp này, cô ấy sẽ không thể xuất hiện.
Nhờ sự đưa vào chuyển động của hệ tọa độ, chúng ta có thể dễ dàng hiểu được những chi tiết nhỏ hơn.
Di chuyển từ điểm dọc theo parabol (A), con chó liên tục tiếp cận đường hướng của nó, và do đó tiêu điểm của nó . Nói cách khác, khoảng cách giữa con chó và con cáo ngày càng giảm đi. Trong trường hợp này (xem Hình 7), nó có xu hướng đạt đến giới hạn bằng . Đặt tọa độ là ; khoảng cách sẽ được ký hiệu là ; Khá dễ dàng để kiểm tra điều đó sau đó . Do đó, khoảng cách , ban đầu bằng , không thể nhỏ hơn theo bất kỳ cách nào.
Nó có thể trở thành bằng không? Hình 6 sẽ giúp chúng ta giải quyết câu hỏi này. Tốc độ của con chó dọc theo parabol luôn giảm. Và mặc dù (trong hệ tọa độ ) con chó cần chạy một con đường có độ dài hữu hạn để trở thành bằng , nó không thể làm điều này trong một thời gian hữu hạn. Một bằng chứng chính xác về thực tế này sẽ yêu cầu một số tính toán.
Cho là một điểm trên parabol (A) có tọa độ , là hình chiếu của điểm lên trục ; là tốc độ mà tiến tới . Từ Hình 10 có thể thấy rằng . Sử dụng phương trình (A), chúng ta thấy rằng , do đó .
Do đó, ở tốc độ là ; từ đến hình chiếu di chuyển với tốc độ , nhỏ hơn ; từ đến - với tốc độ , v.v. Tức là cần có thời gian để hoàn thành từng phân đoạn này, hơn , v.v.). Điều này có nghĩa là không thể đạt đến điểm trong bất kỳ thời gian hữu hạn nào. Nói cách khác, luôn lớn hơn .
Bài tập
- Để con cáo bị đuổi khỏi điểm không phải bởi một con chó, mà bởi một người thợ săn bắn không bắn từ xa . Chúng ta hãy bỏ qua thời gian bay của viên đạn, nghĩa là chúng ta sẽ cho rằng người thợ săn đã đuổi kịp con cáo nếu anh ta đến gần nó ở khoảng cách . Khi nào con cáo không thể bỏ chạy?
45
Nhiệm vụ
M186 — M190; F198 — F202
M186. Tìm tất cả các phương trình lời giải
cho các mục đích của các số khác 1.
V. Slepenko, học sinh lớp 10
M187. Cho hai điểm A và B trên mặt phẳng. Tìm quỹ tích đỉnh C thứ ba của tam giác ABC có:
a) Chiều cao AA’ bằng cạnh BC;
b) đường trung tuyến AA₁ bằng cạnh AC;
b) trung tuyến AA₁ bằng cạnh BC;
d) chiều cao CC’ bằng trung vị BB₁;
e) chiều cao BB’ bằng trung tuyến CC₁.
M. A. Kvantov
M188. Giữa một số trong 2n thành phố có một kết nối không khí và mỗi thành phố được kết nối với ít nhất n thành phố khác (không kết nối).
Cơm. 1.
Lời giải bài toán từ số đầu tiên có thể được gửi chậm nhất là ngày 30 tháng 3 năm 1973 đến địa chỉ: 117071, Moscow, B-71, Leninsky Prospekt, 15, Nhà xuất bản Nauka, tạp chí «Kvant». Sau địa chỉ trên phong bì, hãy viết lời giải mà bài toán bạn đang gửi, ví dụ: “Sự cố «Kvant», M186, M187 hoặc “… F200”.
Lời giải bài toán cho từng môn học (toán học và vật lý), cũng như bài toán mới phải được gửi trong phong bì riêng. Hữu cơ bài toán được đề xuất xuất bản, vui lòng gửi cùng với giải pháp của bạn cho những bài toán này (trên phong bì ghi: “Vấn đề «Kvant», bài toán mới trong vật lý” hoặc “…mới bài toán trong toán học”).
Cơm. 2.
giải pháp lồng). Chứng minh rằng ngay cả khi bạn hủy bất kỳ n—1 lời giải nào, bạn vẫn có thể đi từ bất kỳ thành phố nào đến bất kỳ thành phố nào khác bằng máy bay (có chuyển tuyến). Liệt kê tất cả các trường hợp trong đó “sự liên thông” đó bị phá vỡ khi n lời giải bị hủy bỏ.
A. K. Kelmans
M189. Cho đoạn AB, EF và CD đi qua một điểm O, điểm E thuộc đoạn AC và điểm F thuộc đoạn BD. Chứng minh rằng EF nhỏ hơn ít nhất một trong hai đoạn - AB hoặc CD (Hình 1).
D. Yu. Grizovev
M190*. Cho hai đường thẳng a và b trên mặt phẳng. Tại điểm A₁, nằm trên đường a và cách đường b ít hơn 1, bluexa nằm ở vị trí đó. Sau đó, bluexa tuần tự nhảy đến các điểm B₁, A₂, B₂, A₃, B₃, …, được hướng dẫn theo các quy tắc sau (Hình 2):
46
(1) điểm nằm trên đường thẳng , điểm nằm trên đường thẳng ;
(2) ;
(3) điểm không giống với trừ khi (và tương tự, chỉ giống với nếu ). (Dễ dàng thấy rằng các điều kiện (1) - (3) xác định trình tự các bước nhảy, bắt đầu từ , duy nhất.)
Chứng minh rằng nếu góc giữa các đường thẳng và thay đổi theo một số hữu tỉ thì đường đi của con chim xanh sẽ tuần hoàn, tức là tại một thời điểm nào đó nó sẽ chạm đến điểm ban đầu và sau đó lần lượt đi qua những điểm như lúc đầu đường đi, và nếu theo một số vô tỷ thì con chim xanh sẽ không chạm vào điểm nào quá hai lần.
F198. Vận động viên trượt băng quyết định giảm tốc độ và khép hai gót chân lại. Mặc dù rất khó khăn (tại sao?), vận động viên trượt băng vẫn cố gắng giữ hai gót chân của mình sát vào nhau. Anh ấy sẽ bước tiếp như thế nào?
G. L. Komkin
F199. Neutron dễ dàng đi qua một lớp chì, nhưng bị giữ lại trong cùng một lớp parafin, nước hoặc hợp chất khác có chứa hydro. Giải thích tại sao.
P. L. Kanutsa.
F200. Do sự phóng điện xung của tụ điện qua khí heli loãng, khí nóng lên đến nhiệt độ . Ước tính các giá trị , nếu hướng vào tụ là vuông thì điện dung của tụ là µF và khí chiếm thể tích 10 lít ở áp suất mm rm. cm.
F201. Nếu pin được nối với một điện trở nào đó thì sự phụ thuộc của dòng điện trong mạch vào thời gian sẽ như trong Hình 3 của đường màu đỏ. Nếu một pin khác cùng loại, nhưng đã phóng điện một phần, được nối với cùng một điện trở thì sự phụ thuộc của dòng điện vào thời gian sẽ như trên Hình 3 của đường màu xanh lam. Nếu pin được mắc cùng một điện trở, nối chúng song song thì ban đầu sẽ có dòng điện 1,5 A chạy qua mạch. Vẽ đồ thị về sự thay đổi tiếp theo của dòng điện trong mạch theo thời gian.
Điện trở trong của pin không thay đổi trong quá trình phóng điện.
F202. Một ống có bán kính chứa đầy chất xốp có mật độ . Một pít-tông không trọng lượng, chịu tác dụng của một lực không đổi , di chuyển vào trong đường ống, nén chất này đến mật độ (Hình 4). Pít-tông chuyển động với tốc độ bao nhiêu nếu quá trình nén xảy ra đột ngột, tức là bề mặt trong đường ống dường như đang chuyển động với một tốc độ nhất định, về bên phải mà mật độ của chất là , và mật độ của vết là ? Tại thời điểm ban đầu, bề mặt trùng với mặt phẳng của piston.
47
Lời giải bài toán
M146—M150; F164—F169
M146. a) Tại các đỉnh của hình 7 giác đều xét qua một đoạn các đỉnh có các dấu hiệu cùng màu (nếu lấy màu thì đa giác đó có số cạnh chẵn).
a) Rõ ràng là trong số bảy đỉnh chắc chắn anh ta sẽ tìm thấy hai đỉnh lân cận có các thẻ cùng màu (nếu các màu được vẽ thì đa giác sẽ có số cạnh chẵn).
Chúng ta hãy biểu thị các đỉnh này bằng và . Chúng ta có thể giả định rằng các mặt của chip có màu trắng (Hình 1). Lưu ý rằng có ba đỉnh, mỗi đỉnh cùng với các đỉnh và là một tam giác đều; hãy biểu thị chúng bằng , và . Nếu một trong số chúng chứa chip màu trắng thì hình tam giác tương ứng - , - hoặc - là hình tam giác mong muốn. Nếu cả ba đỉnh đều có chip màu đen thì tam giác là tam giác mong muốn.
Lý do tương tự cũng đúng đối với bất kỳ -giác thông thường nào có lẻ (vai trò của , được đóng bởi các đỉnh liền kề với và , và vai trò của là điểm giữa của cung lớn hơn trong các cung ).
- Với mệnh đề là sai. Một ví dụ về cách sắp xếp các quân cờ đen và trắng, trong đó không có ba quân cờ cùng màu nằm ở các đỉnh của một tam giác đều, được thể hiện trên Hình 2, b, c, d); Những ví dụ khác là có thể.
b) Đáp số: Mệnh đề đúng với , và .
Ví dụ được mô tả trong Hình 2 cho thấy câu phát biểu đúng với . Ở trên chúng ta đã chứng minh rằng nó đúng với , và với số lẻ lớn . Hãy chứng minh nó đúng với mọi .
Giả sử rằng đối với một khoảng cách nào đó các mã thông báo ở các đỉnh của -giác thông thường thì câu lệnh là sai. Trước hết, rõ ràng là ở đâu đó sẽ có hai đỉnh liền kề có các chip cùng màu - nếu màu của các chip là màu đen thì tam giác đều cần thiết sẽ nằm ở gót của các đỉnh liên tiếp. Chúng ta có thể giả sử rằng đây là các đỉnh và với các mã thông báo lớn có màu (Hình 3). Sau đó tuần tự
| Chúng tôi đang xem xét | Chúng tôi rút ra kết luận |
| :— | :— |
| và | và có màu đen |
| | – trắng |
| và | và có màu đen |
| và | và - trắng |
| | mâu thuẫn |
Có thể chứng minh rằng một phát biểu mạnh hơn cũng đúng: đối với bất kỳ phân vùng nào của tập {1, 2, …, 9} thành hai tập con, thì ít nhất trong một trong các tập con đó sẽ có các số trong đó một tập bằng hai tập con còn lại. Chúng tôi đã chứng minh điều này
48
Cơm. 3.
khẳng định theo giả định bổ sung rằng 4 và 5 thuộc cùng một tập hợp con. Các trường hợp khác cũng tương tự.
M147. Hãy chứng minh rằng nếu tứ giác ABCD ngoại tiếp đường tròn sao cho các tiếp tuyến của đường tròn tại điểm A và C cắt nhau trên phần kéo dài của đường chéo BD thì
a) các tiếp tuyến tại các điểm B và D cắt nhau dọc theo đường chéo AC;
b) các đường phân giác của các góc trong A và C của tứ giác cắt nhau trên đường chéo BD (và các nút B và D - trên AC).
a) Cho A, B, C là ba điểm trên đường tròn, K là giao điểm của các tiếp tuyến vẽ tại các điểm A và C. Tìm điều kiện xác định vị trí điểm D của giao điểm đường thẳng BK với đường tròn (Hình 4).
(đồng thời chứng minh định lý nổi tiếng: ).
Tương tự như vậy , và do đó
(đồng thời chứng minh định lý nổi tiếng: ).
Vế phải trong (1) và (2) bằng nhau vì , do đó
(lưu ý rằng tỷ lệ tăng theo cấp số nhân khi điểm D di chuyển dọc theo một cung tròn từ A đến C. Thật vậy, theo định lý sin áp dụng cho (Hình 5))
ở đây là một giá trị không đổi, và giảm đơn điệu khi tăng từ 0 đến , nghĩa là khi điểm D di chuyển từ C đến A. Nó tuân theo điều kiện (3) tương ứng với một định nghĩa về vị trí của điểm D (đối với A, B và C đã cho).
Như vậy, điều kiện (3) không những cần mà còn đủ để các điểm B, D và giao điểm của các tiếp tuyến dựng tại các điểm A và C cùng nằm trên một đường thẳng.
Tương tự, có thể chứng minh điều kiện cần và đủ để các tiếp tuyến tại điểm B và D cắt nhau trên đường thẳng AC có thể viết như sau:
Nhưng điều kiện (3) và rõ ràng trùng khớp:
Điều này làm cho tuyên bố bài toán a) hiển nhiên.
- Gọi là giao điểm của bissertrix góc A của tam giác BAD với đường thẳng BD (Hình 6). Sau đó, như đã biết,
Tương tự, nếu là giao điểm của bissertrix góc C với BD thì
Pozny từ điều kiện (3) suy ra rằng
Nhưng mỗi giá trị tương ứng với một điểm L trên đoạn BD,
49
vì khi điểm di chuyển từ đến thì giá trị này tăng đơn điệu. Do đó, điểm và trùng nhau.
M148. Trình tự được xác định bởi các điều kiện sau: , , với mọi
Ở đây là các số dương. Gán và tìm ra tại đó giá trị sẽ lớn nhất.
Chúng ta hãy viết ra các đẳng thức xác định cho một vài giá trị đầu tiên của (sử dụng các điều kiện ):
Từ đây chúng ta tìm thấy (sử dụng các điều kiện ):
Đó là điều tự nhiên khi cho rằng
ở đâu . Chúng ta hãy chứng minh bằng quy nạp rằng điều này đúng với mọi (nếu chúng ta giả sử, theo thông lệ, rằng , thì công thức đúng với và ).
Chúng ta có thể coi đó là điều đã biết rằng đối với tất cả . Khi đó từ đẳng thức
theo sau vì và và thừa số chung của bên trái và bên phải là dương tại .
Chúng tôi sử dụng công thức trên
cho hệ số khai triển nhị thức
được mô tả trong bài viết của V. N. Vaguten (xem trang 27-34).
Cùng tìm hiểu xem giá trị lớn nhất là bao nhiêu, không vượt quá , từ đây ta nhận được đáp số cho câu hỏi bài toán: giá trị lớn nhất lấy ở ( là số nguyên lớn nhất, không vượt quá ); nếu là số nguyên thì là hai số cao nhất của dãy .
Hình 7 hiển thị biểu đồ của chuỗi cho để minh họa.
M149. Gọi là lũy thừa giao điểm của tứ giác ABCD với các đường chéo. Chứng minh rằng
a) nếu các tam giác ABC, BCD, CDA và DAB có chu vi bằng nhau thì ABCD là hình chữ nhật;
b) Nếu các tam giác ABO, BCO, CDO và DAO có chu vi bằng nhau thì ACBD là hình thoi.
a) Hãy ký hiệu các cạnh và các đường chéo của tứ giác như trên Hình 8. Từ các đẳng thức
cộng chúng với nhau (và trừ cái này với cái kia), chúng ta tìm thấy: . Do đó ABCD là hình bình hành.
50
Cơm. 8.
Từ sự bình đẳng
Theo đó, , tức là , là hình chữ nhật.
- Trên mỗi đường chéo , , chúng tôi chọn đoạn lớn hơn mà nó được chia cho điểm . Chúng ta có thể giả sử, thay đổi ký hiệu nếu cần, rằng , (Hình 9). Khi đó chu vi của tam giác không nhỏ hơn chu vi của tam giác và chỉ có thể bằng nhau nếu và . (Để xác minh điều này, chỉ cần dựng một tam giác , đối xứng với tam giác so với điểm ; bao trùm .) Nhưng nếu và , thì từ sự bằng nhau của các chu vi, ngay lập tức suy ra rằng , rằng là - hình thoi.
N. B. Vasiliev
M150. Từ các số 1, 2, …, tạo ra tất cả các tập hợp có thể có có độ dài (dễ dàng nhận thấy có trong số đó). Chọn tối đa hai điều ước và (nên đưa cùng một bộ vào và ). Được biết, nếu chúng ta lấy một tập hợp tùy ý từ và một tập hợp tùy ý từ , thì chúng sẽ trùng nhau ít nhất ở một chỗ (có thể là đối với một số ). Khi đó có nhiều nhất bộ trong hoặc .
Cơm. 10.
Chứng minh tuyên bố này
a) cho và bất kỳ nào;
b) cho và bất kỳ nào;
c) cho và tùy ý.
Hãy thử tìm các hạn chế khác về số lượng phần tử trong các tập hợp con và liên quan đến các điều kiện tối đa.
a) . Chúng ta gọi tập hợp đối diện với tập hợp nếu thu được từ bằng cách thay tất cả 1 bằng 2 và 2 bằng 1. Gọi biểu thị tập hợp tất cả các tập hợp đối diện với tập hợp . Bộ và không trùng nhau ở bất kỳ chỗ nào. Do đó, nếu được đưa vào thì không thể được đưa vào . Điều này có nghĩa là và không chứa các bộ giống hệt nhau. Do đó, hoặc chứa không quá một nửa tổng số bộ. Nhưng và có cùng số bộ. Điều này có nghĩa là hoặc chứa không quá một nửa tổng số bộ, tức là không quá bộ.
Cơm. 9.
- Đối với mệnh đề là hiển nhiên.
Đối với bài toán có thể được biểu diễn như sau: các điểm được đặt trên mặt phẳng tại các nút của mạng vuông (Hình 10). Một số điểm này cần được sơn màu đỏ, một số - màu xanh lam để bất kỳ điểm đỏ và xanh nào nằm trong cùng một cột hoặc trên cùng một đường thẳng (nghĩa là tình huống c) là không thể). Tuy nhiên, một điểm có thể được sơn bằng cả hai màu (trường hợp d). cần phải
54
Cơm. 13.
giảm nhẹ của các quốc gia. Xi lanh Melloisoller từ môi trường.
Pít-tông được giải phóng và sau khi thiết lập trạng thái cân bằng, thể tích chiếm giữ của khí sẽ tăng gấp đôi. Nhiệt độ của khí và áp suất của nó sẽ thay đổi như thế nào? Nhiệt dung của xi lanh, piston và lò xo rất nhỏ.
Theo định luật nhiệt động thứ nhất, lượng nhiệt Q truyền cho chất khí bằng tổng độ biến thiên nội năng của chất khí ΔU và công A mà nó thực hiện:
(1)
Nhưng trong trường hợp này, bình ổn nhiệt và Q = 0. Do đó,
(2)
Nghĩa là công của chất khí được thực hiện bằng cách giảm nội năng của nó nên có thể nói ngay rằng nhiệt độ của chất khí giảm.
Đầu tiên, đặt nhiệt độ khí là , áp suất và thể tích , sau khi nhả piston và thiết lập trạng thái cân bằng, các thông số khí trở nên tương ứng , và và (theo điều kiện).
Sự thay đổi nội năng của khí lý tưởng tỷ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ của khí và bằng
(3)
trong đó là nhiệt độ của 1 mol khí ở thể tích không đổi.
Hơn nữa, công do chất khí thực hiện bằng độ biến thiên thế năng của lò xo biến dạng:
(4)
(x là độ dịch chuyển của piston).
Hãy để chúng tôi biểu thị các giá trị của theo các thông số khí.
Vì piston đứng yên sau khi thiết lập trạng thái cân bằng nên lực lò xo bằng lực ép khí (S là diện tích bề mặt của piston):
(5)
Áp suất của chất khí có liên quan đến nhiệt độ của trạng thái khí bên trong của nó. Đối với một mol khí
(6)
Vì thể tích khí trong quá trình phân phối tăng lên và sự thay đổi về thể tích khí là , sau đó là , và do đó,
(7)
Xét sự tương ứng (5) và (7), chúng ta có thể viết
(8)
(9)
Vậy công mà khí thực hiện bằng
(10)
Hãy thay thế biểu thức (3) và (10) thành đẳng thức (2):
Từ đây
(11)
Thật vậy, nhỏ hơn .
Bây giờ hãy xem áp suất khí thay đổi như thế nào. Theo phương trình trạng thái khí, áp suất khí ban đầu , thể tích và nhiệt độ liên hệ với nhau bởi công thức
Chia đẳng thức này cho đẳng thức (6), chúng ta thu được
Áp lực cũng giảm đi.
F167. Chúng tôi kết nối một ampe kế lý tưởng với đầu ra của “hộp đen”. Nếu chúng ta kết nối pin với ví dụ: vào đầu vào của “hộp”. d.s. E và điện trở trong r thì có thể nhỏ hơn đúng 2 lần so với trường hợp hai pin mắc nối tiếp được nối với đầu vào của hộp. Hãy vẽ sơ đồ đơn giản nhất có thể về cấu trúc bên trong của “hộp đen”.
55
Cơm. 14.
Một mạch điện bên trong không thể chỉ bao gồm điện trở. Thật vậy, hãy xem xét mạch hiển thị trong Hình 14, trong đó là điện trở của “cái hộp”.
Khi kết nối một nguồn, dòng điện phải chạy qua bộ khuếch đại
(1)
và khi hai nguồn được kết nối - 2I hiện tại và
(2)
Phương trình (1) và (2) không tương thích. Họ không có lời giải cho bất kỳ nào. Thật vậy, chia phương trình (1) cho (2), chúng ta thu được
hoặc
nhưng điều này là không thể.
Việc kết nối một điện trở song song với đầu vào hoặc đầu ra của hộp cũng không giúp ích được gì. (Cho nó xem!). Do đó, mạch bên trong phải bao gồm phần tử “hoạt động” - nguồn dòng điện.
Cơm. 15.
Chúng ta hãy xem xét một trong các sơ đồ khả thi được hiển thị trong Hình 15 và chỉ ra rằng nó thỏa mãn điều kiện bài toán.
Khi nối 1 cục pin vào đầu vào của hộp thông qua cường độ dòng điện thì dòng điện sẽ tăng
và khi kết nối hai - hiện tại
Vì thì
Từ đây chúng ta sẽ tìm thấy
Sự bình đẳng này kết nối e. d.s. nguồn và điện trở trong của nó . Dấu “—” nghĩa là nguồn là nguồn nội bộ.
F168. Cây bút chì sáu phút đứng im dọc theo mặt phẳng ngang, như trong Hình 16. Tại giá trị nào của hệ số thời gian giữa cây bút chì và mặt phẳng thì cây bút chì sẽ trượt dọc theo mặt phẳng mà không lành lại?
Hai lực tác dụng lên một cây bút chì đang chuyển động từ các cạnh của mặt phẳng: phản lực pháp tuyến của mặt phẳng và lực ma sát . Vì bút chì không được di chuyển theo phương thẳng đứng nên lực có giá trị tuyệt đối bằng lực:
Lực ma sát bằng .
Hãy xem xét thời điểm bút chì bắt đầu lăn, xoay quanh mép . Trong trường hợp này, cả hai lực—lực và lực —đều tác dụng lên cạnh . Nếu lực bằng nhau của các lực này truyền xuống bên dưới trọng tâm của bút chì, tức là bên dưới trục của bút chì, thì mômen của lực này so với trục của bút chì sẽ làm cho bút chì quay. Nếu lực vượt lên trên trục thì bút chì sẽ không quay.
Vậy điều kiện để bút chì không quay được:
hoặc
56
Cơm. 17.
Từ đây chúng ta tìm được hệ số ma sát phải là:
Nhiều độc giả đã gửi thư cho chúng tôi đã giải quyết được bài toán này bằng cách thử hệ tọa độ không liên kết với mặt phẳng mà bằng bút chì. Đây là hệ tọa độ không quán tính và trong đó cây bút chì vẫn chịu quán tính rất mạnh.
trong đó là gia tốc của bút chì so với mặt phẳng.
Vì gia tốc này truyền cho bút chì lực ma sát trên mặt phẳng , rồi , và do đó . Bút chì quay quanh cạnh (trục quay tức thời), nếu mômen lực so với điểm này lớn hơn mô men lực của vật nặng (Hình 17), tức là nếu
hoặc
Từ đó ta thấy bút chì lăn không quay nếu
F169. Để liên lạc trong không gian khoảng cách xa, một vệ tinh có thể tích m³, chứa đầy không khí trong điều kiện bình thường, được sử dụng. Meterorim chúng tôi vượt qua vùng bị từ chối cm² trong cơ thể của nó. Tính thời gian sau đó áp suất bên trong vệ tinh thay đổi 1%. Nhiệt độ của khí không đổi. Hằng số khí phổ quát là 8,3·10³ J/deg·kmol.
Để ước tính, chúng ta có thể giả sử rằng mỗi phân tử không khí trong vệ tinh chỉ có thể chuyển động dọc theo một trong ba trục vuông góc với nhau, một trong số đó vuông góc với mặt phẳng bác bỏ (mô hình đơn giản hóa như vậy thường được sử dụng trong lý thuyết động học của chất khí). Sau đó, tại bất kỳ thời điểm nào, 1/3 tổng số phân tử không khí trong vệ tinh sẽ di chuyển dọc theo trục này và tốc độ của một nửa số phân tử này, tức là 1/6 tổng số phân tử, hướng tới sự loại bỏ. Trong số này, theo thời gian , những phân tử ở khoảng cách so với mức bị từ chối sẽ bị từ chối và bay ra khỏi vệ tinh, tức là các phân tử nằm ở thời điểm ban đầu về thể tích , trong đó là vận tốc bình phương trung bình của các phân tử (Hình 18). (Chúng tôi giả định để đánh giá rằng tất cả các phân tử đều chuyển động với cùng vận tốc abscylotic, bằng vận tốc bình phương trung bình ). Nếu số lượng phân tử trên một đơn vị thể tích là , thì chỉ trong thời gian
Vì các phân tử bị đẩy ra khỏi vệ tinh nên số lượng phân tử trên một đơn vị thể tích sẽ thay đổi. Sự thay đổi này là
Sự tương ứng này có thể được viết lại thành
hoặc
Theo điều kiện bài toán nhiệt độ không khí trong vệ tinh không đổi. Như sau từ phương trình trạng thái Clapeyron-Mendleev đối với khí lý tưởng, trong trường hợp này, áp suất tỷ lệ thuận với mật độ của khí (và do đó tỷ lệ với số lượng phân tử trên một đơn vị thể tích): . Đó là lý do tại sao
Có tính đến biểu thức cho tốc độ bình phương trung bình của các phân tử
59
Lời giải. Trong trường hợp này, giả sử lời giải được gợi ý bởi tính đối xứng của phương trình này đối với sin x, cos x. Xác định rõ ràng các đa thức đối xứng đơn giản nhất của sin x và cos x (các biểu thức sin x + cos x, sin x cos x), ta viết phương trình dưới dạng
Đặt sin x + cos x = u; thì và phương trình có dạng
từ đâu .
Phương trình sin x + cos x = u có thể giải dễ dàng, và vì |u| = |sin x + cos x| = |\sqrt{2} \cos \left( x - \frac{\pi}{4} \right)| \leqslant \sqrt{2} thì gốc không phù hợp.
Đáp số: .
Nhóm ví dụ tiếp theo cho thấy rằng để thành công lời giải được đưa ra trong các kỳ thi đăng ký bài toán, việc rút gọn một phương trình thành một trong các loại đã biết là chưa đủ (các phương trình có thể rút gọn thành một hàm lượng giác duy nhất, đồng nhất, đối xứng, v.v.).
Ví dụ 4 (MIPT, 1970). Giải phương trình
Lời giải. Chuyển phương trình (1) cho đối số x sử dụng các công thức sin 2x = 2 sin x cos x và cos 2x = , ta thu được
Phương trình (2) có thể được rút gọn thành phương trình đại số cho u bằng cách sử dụng cái gọi là giá trị phổ quát , biểu thị sin x và cos x theo u. Dễ dàng thấy rằng trong trường hợp này chúng ta thu được phương trình
Chúng tôi sẽ không tìm ra nghiệm của phương trình này, mặc dù điều này có thể được thực hiện, nhưng chúng tôi sẽ cố gắng tìm một let lời giải ngắn hơn, dựa trên việc phân tích vế trái của phương trình.
Phương trình (2) có nghiệm sin x = -1 (trong trường hợp này cos x = 0), do đó vế trái của phương trình có thể được phân tích thành nhân tử:
Đáp số: .
Bình luận. Cần nhấn mạnh rằng phương pháp nhân tử hóa, kết hợp với các phương pháp khác, là một trong những ví dụ hiệu quả nhất về phương trình lượng giác lời giải.
61
Trước khi chúng ta tiến xa hơn theo hướng này, hãy đơn giản hóa phương trình (7) bằng cách uống rượu.
Nhận thấy rằng , chúng tôi tìm thấy
và hơn nữa, biến đổi, chúng ta thu được . Phương trình cuối cùng rất dễ giải.
Đáp số: ; (có thể dễ dàng kiểm tra xem đối với các giá trị này của thì chúng ta có ).
Lời giải thu được, tuy nhiên, để so sánh, bây giờ chúng ta hãy hoàn thành phương trình lời giải (7), phương trình đầu tiên đã dẫn chúng ta đến phương trình (8). Nhóm các số hạng có hệ số sẽ cho phương trình
có gốc: .
Dễ dàng kiểm tra xem các nghiệm này có dẫn đến cùng đáp số hay không.
Bình luận. Không còn nghi ngờ gì nữa, trong trường hợp này, việc chuyển đổi phương trình bằng cách chuyển sang đối số sẽ tốt hơn là thay thế . Một lần nữa chúng ta thấy rằng việc tăng lập luận của các hàm lượng giác có trong phương trình sẽ dẫn đến sự đơn giản hóa của nó.
Hãy xem xét một ví dụ về một loại khác.
Ví dụ 8: Giải phương trình
Lời giải. Khi tìm đường đi lời giải hợp lý của phương trình (9), hiển nhiên người ta phải đặc biệt chú ý đến lập luận của các hàm lượng giác có trong phương trình. Mối liên hệ giữa các đối số sẽ trở nên rõ ràng nếu chúng ta nhận thấy rằng . Giờ đây, việc sử dụng thay thế là không còn nghi ngờ gì nữa. Sử dụng phép thay thế này, phương trình ban đầu được chuyển về dạng , hoặc
Vì , phương trình (10) có thể được biểu diễn dưới dạng
Hãy chuyển đổi biểu thức trong ngoặc đơn bằng công thức
Sau đó bài toán rút gọn thành việc tìm các phương trình lời giải đó
62
thỏa mãn các điều kiện , tức là đến lời giải của phương trình .
Đáp số: .
Ví dụ 9. Giải phương trình
Lời giải. Nếu biến đổi vế trái của phương trình này bằng công thức tính tổng cosin, chúng ta sẽ thu được phương trình . Vì đối với bất kỳ nào, bất đẳng thức là hợp lệ nên phương trình kết quả chỉ có thể có lời giải nếu điều kiện được thỏa mãn
hoặc
Bằng cách này người ta có thể tìm được lời giải của phương trình ban đầu. Tuy nhiên, có một con đường khác đơn giản hơn cũng dẫn đến mục tiêu.
Vế trái của phương trình chỉ có thể bằng hai trong trường hợp đẳng thức và xảy ra đồng thời.
Tìm lời giải của phương trình thứ nhất () và thay nó vào phương trình thứ hai, chúng ta thu được , từ đó .
Đáp số: .
Các ví dụ sau yêu cầu khả năng sử dụng khái niệm giá trị tuyệt đối.
Ví dụ 10 (MIPT, 1971). Giải phương trình
Lời giải. Vế phải của phương trình (11) có thể được viết như sau: . Một sai lầm nghiêm trọng là loại bỏ dấu mô đun (không may là khá nhiều thí sinh giải ví dụ này đã mắc phải lỗi này). Phương trình (11) có dạng
Hãy xem xét hai trường hợp: , (vì vế trái của phương trình trở nên vô nghĩa).
a) Nếu , thì phương trình (12) được rút gọn về dạng , ngụ ý rằng , mâu thuẫn với điều kiện . Trong trường hợp này không có lời giải.
b) Nếu thì giả sử , từ (12) ta tìm được , từ đó
63
Cả hai giá trị tìm thấy đều âm nên điều kiện được thỏa mãn.
Đáp số: .
Ví dụ 11. Giải phương trình
(13)
Lời giải. Vì vế phải của phương trình không âm nên điều kiện phải được thỏa mãn
(14)
Nếu loại bỏ căn thức bằng cách bình phương cả hai vế của phương trình (13), chúng ta thu được phương trình
mà sau phương trình có dạng
(15)
Chúng tôi đã nhận được cử chỉ tương tự. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là phương trình ban đầu được thỏa mãn bởi tất cả các giá trị của , vì phương trình (15) chỉ là hệ quả của phương trình (13). Phương trình (13) và (15) trở nên tương đương nếu điều kiện (14) được thỏa mãn. Như vậy, lời giải của phương trình (13) đều là các giá trị của thỏa mãn bất đẳng thức (14) và chỉ những giá trị này. Lời giải bất đẳng thức (14) không khó.
Đáp số: .
Bình luận. đáp số này có thể được thực hiện theo nhiều cách. Chúng ta có , và do đó phương trình ban đầu có dạng . Chúng ta lại đến với điều kiện (14).
Bài tập
Giải phương trình:
- (MIPT, 1969). .
- .
- (MIPT, 1971). .
- .
- (MIPT, 1970). .
64
Viện Kinh tế Quốc dân Mátxcơva mang tên G.V. Plexanov
MINCH chúng. G.V. Plexanova là một trong những trường đại học lớn nhất trong cả nước. Hơn 14 nghìn sinh viên theo học tại 10 khoa học thuật và một khoa thư tín, và 500 sinh viên tốt nghiệp làm việc tại các khoa.
Viện có các khoa (có lớp ngày và tối): kinh tế tổng hợp, kinh tế điều khiển học, kinh tế công nghiệp, kinh tế và tổ chức hậu cần, tài chính, thương mại và kinh tế, quản lý hàng hóa công nghiệp, kỹ thuật và cơ khí. Ngoài ra còn có một khoa kỹ thuật thư tín. Thời gian học ở các khoa toàn thời gian là 4 năm, và ở các khoa buổi tối - 5 năm (trừ các khoa kinh tế điều khiển học và cơ khí, thời gian học là 5 và 6 năm).
Đào tạo toán học ở cấp độ nano được cung cấp tại Khoa Điều khiển Kinh tế. Học sinh, cùng với các ngành kinh tế nói chung, học toán cao cấp và lập trình trên máy tính điện tử, cũng như một chu trình của các ngành kinh tế và toán học mới. Học sinh học cách sử dụng máy tính trong nghiên cứu và lập kế hoạch kinh tế trong các phòng thí nghiệm đặc biệt, được thành lập bởi các máy thích hợp để chuẩn bị và xử lý thông tin và máy tính điện tử phổ thông Ural 11-B. Cán bộ và sinh viên của bộ môn được chấp nhận tham gia nghiên cứu khoa học về nội dung của
Trung tâm máy tính chính của Ủy ban Kế hoạch Nhà nước Liên Xô và các tổ chức khác.
Sinh viên tốt nghiệp FEC được cung cấp công việc trong Ủy ban Kế hoạch Nhà nước và Văn phòng Thống kê Trung ương của Liên Xô và RSFSR, trong các viện nghiên cứu, trung tâm máy tính, phòng thí nghiệm kinh tế và toán học cũng như trong các tổ chức lập kế hoạch của các Bộ.
Sinh viên chuyên ngành kinh tế cũng được đào tạo toán học nhiều hơn. Họ học các môn toán cao cấp, lập trình, thống kê và các ngành kinh tế đặc biệt. Các khoa này đào tạo các nhà kinh tế có phạm vi rộng, chủ yếu làm việc trong hệ thống kế hoạch của các tổ chức kinh tế, viện nghiên cứu khoa học và các doanh nghiệp lớn.
Trong các hoạt động nhiều mặt của mình, các cơ quan của Bộ Sinh thái và Hóa học cùng với Ủy ban Kế hoạch Nhà nước Liên Xô và RSFSR và các tổ chức chính phủ khác giúp đỡ các nước xã hội chủ nghĩa anh em trong việc đào tạo và đào tạo nâng cao nhân sự quốc gia, chia sẻ kinh nghiệm và hỗ trợ các cơ quan liên quan về các loại hình đa hóa chất của đất nước. Sách giáo khoa và đồ dùng dạy học gốc đã được xuất bản.
Những sinh viên tham gia phát triển các chủ đề kinh tế và nghiên cứu khác tham gia thành công vào các cuộc thi cộng hòa về các công trình khoa học của sinh viên sẽ được tham gia rộng rãi vào việc tiến hành nghiên cứu khoa học.
Ở các khoa kinh tế, bài thi đầu vào môn toán chỉ có viết. Trên nhiều
65
Các khoa khác nhau có yêu cầu khác nhau về môn toán, vì vậy các lựa chọn cho bài kiểm tra viết có độ khó không đồng đều. Vì mục đích này, tất cả bài toán và các tùy chọn nói chung đều được xếp hạng “điểm” cho độ khó. Các nhiệm vụ được chia thành ba nhóm: dễ (1, 2, 3 điểm), trung bình (4, 5, 6 điểm) và khó (7, 8, 9 điểm).
Các lựa chọn có điểm trên 25 được cung cấp cho Khoa Điều khiển Kinh tế, Thương mại Hàng hóa Công nghiệp, Kinh tế Công nghiệp và Thương mại và Kinh tế.
Khoa Kinh tế tổng hợp (24)
- Từ điểm A, hai dặm tự động xuất phát đồng thời dọc theo cùng một đường cao tốc, và một giờ sau, chiếc thứ ba theo sau. Một giờ sau, khoảng cách giữa dặm tự động thứ ba và thứ nhất giảm đi 1,5 lần, và giữa dặm thứ ba và thứ hai - một nửa.
Biết vận tốc xe thứ nhất lớn hơn vận tốc xe thứ hai bao nhiêu lần nếu biết xe thứ ba không vượt qua xe thứ nhất và xe thứ hai? - Một quả cầu được ghi trong một hình tứ giác đều. Khoảng cách từ tâm quả bóng đến đỉnh của khối nguyên thủy bằng a, và góc nghiêng của mặt bên của khối nguyên thủy với mặt phẳng của đế bằng α.
Xác định bề mặt hoàn chỉnh của lớp sơn lót. - Giải phương trình
- Giải phương trình
Khoa Điều khiển Kinh tế (27)
-
Người đầu tiên rời khỏi điểm A và người thứ hai rời khỏi điểm B cùng lúc. Sau cuộc gặp, cả hai đều đầu tư vào điểm B và người thứ hai đến B sớm hơn người thứ nhất 2 tiếng.
Tìm vận tốc của các vật lồng nhau nếu biết quãng đường AB bằng 100 km và vật lồng thứ hai đi hết quãng đường AB nhanh hơn vật thứ nhất 3 giờ 20 phút. -
Các đường chéo của một phép cộng tứ giác thẳng tạo các góc α và β với đáy. Chiều cao của trụ bằng H. Xác định thể tích của trụ nếu các đường chéo của đáy cắt nhau một góc γ.
-
Giải phương trình
-
Giải phương trình
nếu x nằm giữa và π.
Khoa Tài chính (25)
- Xác định các cạnh của một tam giác nếu đường trung tuyến và chiều cao vẽ từ một góc chia góc này thành ba phần bằng nhau và đường trung tuyến là 10 cm.
- Giải phương trình
- Hai tác giả cùng thêu hướng về nhau, người thứ nhất đến từ thành phố A và người thứ hai đến từ thành phố B, khoảng cách giữa họ là 280 km, sau 4 giờ họ gặp nhau ở điểm D. Sau khi gặp nhau, ô tô thứ nhất đến thành phố B muộn hơn ô tô thứ hai giờ so với ô tô thứ hai đến thành phố A. Xác định vận tốc trung bình của mỗi ô tô.
- Giải phương trình
Khoa Thương mại Hàng Công nghiệp (26)
- Từ Pristig A, chúng tôi đồng loạt đi xuống ATER và chiếc bè. Kater đi xuôi dòng 96 km rồi quay lại A sau 14 giờ. Tìm vận tốc của thuyền khi nước yên lặng và vận tốc dòng nước nếu biết thuyền gặp bè trên đường về cách A 24 km.
- Một hình thang có các góc đáy α và β được mô tả xung quanh đường tròn. Tìm tỉ số giữa diện tích hình thang và diện tích hình tròn.
- Giải phương trình
- Giải phương trình
Khoa Kinh tế và Tổ chức Cung ứng Vật tư Kỹ thuật (24)
- Giải bất đẳng thức
- Tìm thể tích của một hình nguyên thủy có đáy là một tam giác có các góc α và β, nếu chiều cao của hình nguyên tố bằng h và tạo thành một góc φ với mỗi cạnh bên.
- Hai du khách rời điểm A và B cùng lúc và gặp nhau cách điểm B 4 km. Tiếp tục di chuyển và đến điểm B và A, hai du khách lập tức quay lại. Trên đường về họ gặp lại nhau nhưng đã cách điểm A 2 km. Cuộc gặp này sẽ diễn ra sau cuộc gặp đầu tiên 2 giờ. Tìm vận tốc di chuyển của khách du lịch và khoảng cách giữa điểm A và điểm B.
66
- Giải phương trình
Khoa Kinh tế Công nghiệp (26)
- Hai đoàn tàu xuất phát đồng thời từ điểm và hướng về nhau và gặp nhau ở khoảng cách 60 km tính từ giữa . Nếu người thứ nhất đi muộn hơn người thứ hai 2 giờ thì họ sẽ gặp nhau được 1/4 quãng đường từ . Tìm khoảng cách và vận tốc của đoàn tàu.
- Cho một hình chữ nhật lục giác đều có chiều cao , tất cả bảy mặt đều có kích thước bằng nhau.
Tìm thể tích và diện tích toàn phần. - Giải phương trình
- Giải phương trình
Khoa Thương mại và Kinh tế (26)
- Giải phương trình
- Cơ sở của các tham số là một hình thang cân bằng, có các cạnh bên bằng đáy trên và bằng , và góc nhọn bằng . Các cạnh bên tạo thành một góc với mặt phẳng đáy. Xác định các thông số khối lượng
- Hai xạ thủ máy xuất phát cùng lúc từ điểm đến điểm . Tốc độ của xạ thủ súng máy thứ hai lớn hơn tốc độ của xạ thủ thứ nhất 10 km/h. Nửa giờ sau, chiếc thứ ba tự động rời đi từ đến với tốc độ 60 km/h, đuổi kịp chiếc thứ nhất và một tiếng rưỡi sau đó, nó đuổi kịp chiếc thứ hai. Tìm tốc độ của xạ thủ máy.
- Giải phương trình
Trong trường hợp này, ống kính phải được đặt càng gần đỉnh của góc này càng tốt. Nhưng nếu dừng ống kính xuống, phần chồng lên nhau sẽ biến mất. Trong bài viết, sự khác biệt giữa các sigma là không đáng kể. Ở đây chúng tôi đặt các hệ thống thuyết phục hơn.
A. Vilenkin
67
Các khóa học vật lý và toán học truyền hình dành cho ứng viên đại học
Trong số này chúng tôi tiếp tục xuất bản tài liệu từ các khóa học truyền hình.
Các chủ đề sau đây đã được nghiên cứu trong khoa vật lý của các khóa học trong thời gian từ tháng 1 đến tháng 2:
- Điện tích. Điện trường.
- Chất dẫn điện và chất điện môi trong điện trường. Công suất điện.
- Tĩnh điện. Lời giải bài toán.
- Dòng điện. Cơ chế dẫn truyền. Định luật Ohm cho một đoạn mạch.
- Lực điện động. Định luật Ohm cho một mạch hoàn chỉnh. Định luật Joule-Lenz.
- Dòng điện. Lời giải bài toán.
Chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng sức mạnh của mình trong lời giải một số bài toán điển hình.
- Hai quả cầu kim loại nhiễm điện cùng loại. Độ lớn của mỗi điện tích là k. Sau khi nối các quả bóng bằng một dây dẫn mỏng, điện thế của chúng bằng v. Xác định bán kính của quả bóng thứ nhất nếu điện tích của quả bóng thứ hai là kkf.
- Sự sắp xếp nằm ngang của tonxe có bán kính gai cm được tích điện đều, mật độ điện tích là k/cm. Một vật có khối lượng e và điện tích k bắt đầu rơi từ tâm vòng. Xác định gia tốc của vật tại thời điểm nó cách mặt phẳng của vòng tròn một khoảng cm.
- Cho đến tháng 2, trong các khóa học từ xa về toán học, ngoài các chủ đề được liệt kê trong số trước của Kurnal, các chủ đề sau cũng đã được nghiên cứu:
trong phép đo mặt phẳng - hình tam giác và đa giác tương tự như hình phẳng, mối quan hệ số liệu giữa các phần tử của hình phẳng, hình tròn, diện tích, ứng dụng lượng giác với lời giải mặt phẳng bài toán;
theo thứ tự “hàm và đồ thị” - các thuộc tính của hàm và ứng dụng của chúng trong việc xây dựng đồ thị của hàm, ứng dụng của đồ thị hàm, hàm nghịch đảo lẫn nhau, hàm mũ và hàm logarit, logarit và các thuộc tính của chúng.
Chúng tôi cung cấp cho độc giả tạp chí một bài kiểm tra về các chủ đề này.
CÔNG TÁC KIỂM SOÁT SỐ 2
- Các đáy của hình thang là và . Tìm độ dài đoạn nối trung điểm của hai đường chéo.
- Trên các cạnh và của tam giác các hình vuông và được dựng. Chứng minh rằng đoạn lớn gấp 2 lần đường trung bình của tam giác .
- Bissertrix của một góc trong tam giác chia cạnh đối diện thành các đoạn 4 cm và 2 cm, chiều cao giảm xuống cùng một cạnh bằng cm. Tìm độ dài các cạnh của tam giác biết rằng chúng được biểu thị bằng số nguyên.
- Một tam giác đều nội tiếp trong một đường tròn. Điểm chiếu được lấy trên cung và được nối bằng dây cung với các đỉnh của tam giác. Chứng minh rằng .
- Một hình vuông được dựng trên cạnh huyền của một tam giác vuông . Tâm của hình vuông được nối với đỉnh . Cạnh huyền được chia thành những đoạn nào nếu biết hai cạnh huyền bằng 21 cm và 28 cm?
- Trong hình thang các đường chéo cắt nhau tại điểm . Diện tích tam giác là , diện tích tam giác là . Tìm diện tích hình thang ( và là hai đáy).
- Trong một tam giác, một trong các góc bằng và cạnh đối diện với góc này được chia cho điểm tiếp tuyến của đường tròn nội tiếp thành các đoạn và . Tìm diện tích của hình tam giác.
- Tính
- Tính nếu biết rằng .
- Xây dựng đồ thị của hàm .
I. A. Dyakova,
A. G. Mordkovich,
I. N. Nasluzov
68
«Kvant» cho học sinh nhỏ
NHIỆM VỤ
- Con chuột có 20 bước để đến lỗ. Một con mèo có 5 lần nhảy tới một con chuột. Trong khi con mèo thực hiện một bước nhảy, con chuột thực hiện 3 bước và một bước nhảy của con mèo có độ dài bằng 10 bước chuột.
Liệu con mèo có bắt được con chuột không?
-
Làm thế nào bạn có thể thay đổi độ cao của cột điện thoại chỉ với một cây thước nhỏ để hướng dẫn bạn? (Bạn không thể trèo lên cột).
-
Tìm các số tự nhiên nhỏ nhất , () thỏa mãn đẳng thức
-
Kênh là một bàn ủi được lắp đặt trên một cọc. Áp lực lên cọc có thay đổi khi sà lan được kéo dọc theo kênh không?
-
10 điểm cách đều nhau trên đường thẳng; chúng chiếm một đoạn có chiều dài . Trên một dòng khác, 100 điểm được đặt ở những khoảng cách đều nhau; chúng chiếm một đoạn có chiều dài . lớn hơn bao nhiêu lần?
-
Một ô tô đang chuyển động trên đường cao tốc với vận tốc 100km/h. Đồng thời, khoảng cách giữa các ô tô nối đuôi nhau khoảng 15 m. Có thể yêu cầu trong khu vực hẹp hơn “để đảm bảo an toàn” tốc độ ô tô giảm xuống 15 km/h?
69
THỢ THUYỀN CARTHUSIAN
Thuyền giấy dễ dàng nổi trên mặt nước nhưng khi giấy bị ướt thì thuyền sẽ chìm. Chiếc thuyền khô giữ không khí trên mặt nước, tồn tại suốt một năm dưới dạng mái vòm. Nếu mái vòm bị ướt và lan rộng ra, không khí sẽ thoát ra từ bên dưới và thuyền sẽ chìm. Có thể làm cho không khí thoát ra từ dưới mái vòm, sau đó đi vào và con tàu bị chìm hoặc bị hỏng - theo mong muốn của chúng ta không?
Hóa ra là có thể. Lần đầu tiên một món đồ chơi như vậy được tạo ra bởi nhà khoa học và triết gia vĩ đại người Pháp Rene Descartes, và bây giờ nó được gọi là “carte”.
Nhấn phim và “thợ lặn” sẽ được kéo xuống đáy. Hãy buông tay và “thợ lặn” sẽ nổi lên mặt nước. Đó là lý do tại sao anh ấy đang chết đuối. Khi bạn ấn vào màng, không khí bên dưới nó bị nén, làm tăng áp suất trong chai và đẩy thêm một ít nước vào chai. Bong bóng trở nên nặng hơn và chìm xuống. Ngay khi bạn thả màng ra, áp suất trong chai giảm xuống, không khí cuốn vào bong bóng sẽ đẩy lượng nước dư thừa ra ngoài và “thợ lặn” nổi lên.
Bây giờ hãy thử giải bài toán tiếp theo (nếu bạn thực hiện phép “thợ lặn”, bạn cũng có thể kiểm tra thử nghiệm).
Bài toán. Khi áp suất không khí tăng lên trên mặt nước, “thợ lặn Descartes” sẽ chết đuối. Liệu “thợ lặn” đi xuống trong ngày với áp suất tăng nhẹ hay nó có thể dừng “trên đường” trước khi đến ngày (tức là bạn có thể tháo màng cao su ra và sử dụng đồ chơi này làm phong vũ biểu, đánh dấu trên chai độ sâu lặn của “thợ lặn” tương ứng với các áp suất khác nhau trên mặt nước)?
A. N. Vilenkin
70
Trường Kinh tế và Toán học thuộc Khoa Kinh tế của Đại học quốc gia Moscow
Kiến thức mà học sinh chưa có là rất rộng. Việc làm lại câu cách ngôn của Bernard Shaw không thể phù hợp hơn với kinh tế học: học sinh ít hiểu biết về kinh tế học và có những thông tin trái ngược nhau nhất về nó. Có, và rất khó để hình thành một ý tưởng chính xác về chủ đề này. Ngay cả những người khổng lồ về tư tưởng của con người cũng không nhất trí đánh giá về nó. Vì vậy, một trong những người sáng tạo ra cơ học lượng tử, Max Planck, đã bắt đầu với kinh tế học, nhưng nó có vẻ quá khó đối với ông, và ông chuyển tâm trí sang vật lý, theo quan điểm của ông, môn này dễ hơn.
Cung cấp cho học sinh ý tưởng về khoa học kinh tế hiện đại, giới thiệu cho các em những khái niệm kinh tế cơ bản, chìa khóa để hiểu hoạt động xã hội và thấm nhuần hương vị. đến kinh tế - đây là mục tiêu thành lập Trường Kinh tế và Toán học (EMS) tại Đại học quốc gia Moscow vào năm 1968.
EMS chấp nhận học sinh lớp chín và lớp mười. Tất cả các thí sinh đều làm bài kiểm tra viết môn toán - riêng cho lớp 9 và riêng cho lớp 10 (phương án đề xuất có 4 bài toán, một số trong số đó được đưa ra ở cuối bài viết). Tháng 9 năm 1972, có khoảng 700 em đến dự thi tuyển sinh. Vô cùng tiếc nuối, tôi phải chọn ra 120 học sinh lớp chín và 80 học sinh lớp mười. Những người may mắn cùng với 70 người giúp việc “già” (các em học ở EMS lớp 9) đã bắt đầu đi học vào tháng 10.
Các lớp học tại EMS được tổ chức hai lần một tuần vào buổi chiều. Học sinh lớp chín (năm đầu tiên của chúng tôi) học toán hiện đại và những nền tảng của kinh tế chính trị. Khóa học toán học chủ yếu bao gồm những phần được sử dụng trong kinh tế học hiện đại và góp phần hình thành tư duy logic, một đặc điểm của kinh tế học hiện đại. Đây là những kiến thức cơ bản về lý thuyết tập hợp, đại số cao cấp, các yếu tố logic toán học và phân tích toán học cũng như phần giới thiệu về lý thuyết xác suất. Trẻ em làm quen với kinh tế chính trị gần bằng tập đầu tiên của cuốn Tư bản của C. Marcas. Những khái niệm như “hàng hóa”, “tiền”, “vốn”, “giá trị thặng dư”… cũng trở nên quen thuộc với họ. Nhiều trẻ em khám phá một môn khoa học mới, hoàn toàn chưa được biết đến và hấp dẫn.
Mười tác phẩm kinh điển là một trong những môn học đặc biệt để lựa chọn: “Biện chứng và kinh tế chính trị”, “Mô hình kinh tế vĩ mô”, “Các phương pháp lập kế hoạch và quản lý hiện đại”, “Các phương pháp toán học phân tích kinh tế”, “Ứng dụng kinh tế của lý thuyết và gr”, “Hệ thống điều khiển học”. Các khóa học đặc biệt là những “mẩu” khoa học hiện đại phía máy chủ, nhưng chúng được đọc theo cách mà sinh viên thấy vừa thú vị vừa dễ hiểu. Ngoài các khóa học đặc biệt, các lớp thiếu nhi còn có các lớp toán tiểu học, trong đó các em tìm hiểu sâu hơn về một số chuyên ngành của trường.
Sau khi hoàn thành EMS, nhân viên được cấp Chứng chỉ Tốt nghiệp. Tất nhiên, phần lớn sinh viên tốt nghiệp sẽ vào một trong hai khoa của Khoa Kinh tế của Đại học quốc gia Moscow (khoa kinh tế chính trị hoặc khoa kế hoạch và điều khiển kinh tế). Một số người chọn những thách thức kinh tế khác, chẳng hạn như Viện Kinh tế Quốc dân Mátxcơva, Viện Thống kê và Kinh tế Mátxcơva.
Việc quản lý khoa học và phương pháp đối với công việc của EMS được thực hiện bởi Ủy ban chuyên đề, bao gồm các giáo viên của các khoa kinh tế chính trị và các phương pháp toán học phân tích kinh tế.
Công việc có tổ chức được thực hiện bởi Hội đồng EMS, bao gồm các nghiên cứu sinh và sinh viên Khoa Kinh tế.
Các giáo viên, nghiên cứu sinh và sinh viên Khoa Kinh tế của Đại học Tổng hợp Mátxcơva, cơ khí của Đại học Quốc gia Mátxcơva, cán bộ nghiên cứu của Viện Kinh tế Thế giới và Quan hệ Quốc tế và Viện Toán học và Kinh tế Trung ương của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô tham gia vào công việc của EMS.
Kỳ thi tuyển sinh tiếp theo vào EMS sẽ diễn ra vào tháng 9 năm 1973.
Chúng tôi đang chờ đợi bạn, những nhà kinh tế tương lai!
71
Bài tập từ các lựa chọn cho kỳ thi tuyển sinh môn toán tại EMS
lớp 9
-
Hơn một trăm chiếc hộp giống hệt nhau còn trống được cất giữ trong kho của nhà máy. Do tiêu dùng tích trữ hàng hóa nên có thời gian đã giảm đi. Khi mỗi hộp chỉ còn 7 hộp, 14 hộp đầy đủ khác được đưa vào kho, sau đó tổng số hộp còn ít hơn trước khi tiêu thụ 3 hộp. Có bao nhiêu hộp phôi được cất giữ trong kho ban đầu?
-
Trong một hình vuông, trên cạnh , điểm giữa của hai cạnh kề nhau nối với nhau và với đỉnh đối diện của hình vuông. Tính diện tích của tam giác kết quả.
-
Tìm và nếu chúng là nghiệm của phương trình .
-
Ba mươi học sinh từ năm tuổi đã nghĩ ra bốn mươi bài toán cho Thế vận hội, trong đó các bạn cùng lớp có cùng số bài toán và các học sinh từ các khóa học khác nhau sẽ có các số khác nhau. Có bao nhiêu học sinh nghĩ ra được một bài toán?
-
Buổi sáng, 6 lon sữa được mang đến cửa hàng gồm các loại 15, 16, 18, 19, 20, 31 lít. Trước giờ nghỉ trưa, sữa từ ba lon đã được bán hết và khi cửa hàng đóng cửa, sữa từ hai lon nữa cũng đã được bán hết. Hóa ra số lượng sữa bán được vào buổi sáng gấp đôi buổi chiều. Xác định xem hộp sữa nào đã được bán trước giờ nghỉ trưa.
-
Chiều cao của một tam giác nhọn là 25 cm. Cần bao nhiêu khoảng cách từ đỉnh để kiểm tra một đường thẳng vuông góc với chiều cao này để chia diện tích của hình tam giác làm đôi?
-
Xác định sao cho từ nghiệm của phương trình
là hình vuông của một cái khác.
-
Bảy người hái nấm cùng nhau thu thập được 100 cây nấm, và cả bảy người đều thu thập số lượng nấm khác nhau. Chứng minh rằng có 3 người hái nấm cùng nhau hái được ít nhất 50 cây nấm.
-
Năm số nguyên được viết trên bảng. Cộng chúng theo cặp, chúng ta được mười số sau: 0, 2, 4, 4, 6, 8, 9, 11, 13, 15. Năm số nào được viết trên bảng?
-
Trên cơ sở của một tam giác đều, một đường tròn được dựng thành một dây cung, tiếp xúc với các cạnh bằng nhau của tam giác. Tìm bán kính của hình tròn nếu đáy của tam giác là và chiều cao là .
-
Xác định sao cho phương trình
có một gốc chung.
lớp 10
-
Có thành phố. Mỗi thành phố được kết nối với mọi tuyến avalline khác và không phải tất cả các tuyến đều cho phép di chuyển theo cả hai hướng. Chứng minh rằng có thể chọn đường đi như vậy để đi qua tất cả các thành phố.
-
Muggli yêu cầu người Sebeyan mang hạt cho anh ta. Trên đường về, bầy khỉ đi ngang qua và mỗi con ném một hạt vào mỗi con. Họ mang theo 26 quả hạch. Có bao nhiêu con khỉ ở đó và bao nhiêu con nhặt hạt (tất cả những con khỉ nhặt hạt bằng nhau)?
-
Cậu bé mua bút chì đen giá 3 kopecks, bút chì đỏ giá 5 kopecks, bút chì xanh giá 7 kopecks. - chỉ 8 cây bút chì với giá 42 kopecks. Biết rằng số bút chì đỏ trừ đi số bút chì đen là một hình vuông hoàn chỉnh. Hỏi đã mua bao nhiêu bút chì mỗi loại?
-
Giải số .
-
Ba ngư dân đánh cá rồi đi ngủ. Người đầu tiên tỉnh dậy, thấy số cá không chia hết cho ba, liền ném một con ra ngoài, lấy một phần ba số cá còn lại rồi bỏ đi. Người thứ hai tỉnh dậy, thấy số cá không chia hết cho ba, liền ném một con ra ngoài, lấy một phần ba số cá còn lại rồi bỏ đi. Người đánh cá thứ ba cũng làm như vậy, không biết rằng bạn mình đã rời đi. Xác định số lượng cá tối thiểu mà họ có thể hiểu được.
-
Cho một số nguyên tố là 30. Chứng minh rằng số dư khi chia cho 30 là số nguyên tố.
-
Vườn thú là nhà của voi, sư tử và tê giác, tổng cộng 30 loài động vật. Có ba loại tế bào dành cho chúng, tổng cộng là 7 loại. Mỗi lồng chứa 2 con tê giác, hoặc 4 con sư tử, hoặc 7 con voi. Mỗi loại có bao nhiêu tế bào?
-
Cho một tứ giác lồi có chu vi . Các cạnh của nó được chia một bên ra bên ngoài, sau đó tiếp tục cho đến khi chúng giao nhau. Chứng minh rằng diện tích tứ giác mới lớn hơn .
-
Có bao nhiêu số từ 1 đến 1000 chia hết cho 5, 7 hoặc cả hai?
-
Trong một tam giác vuông có các cạnh nguyên thì độ dài cạnh huyền chia hết cho 3. Chứng minh rằng độ dài mỗi hạng chia hết cho 3.
-
Một số có năm chữ số được đưa ra. Nếu chúng ta thêm một đơn vị vào trước nó, chúng ta sẽ có một số có sáu chữ số, nhỏ hơn số có sáu chữ số có được bằng cách thêm một đơn vị vào cuối. Tìm số này.
-
Cho một đường tròn và một điểm bên ngoài đường tròn đó. Từ điểm vẽ các cát tuyến và , cắt đường tròn tại các điểm và của đường tròn tương ứng. Chứng minh rằng hai tam giác và đồng dạng.
V. V. Ivanov
A. G. Fontov
72
Quảng cáo thất vọng
Cả mùa xuân Voloda đều vô cùng tập trung. Những dấu hiệu xung quanh: anh ta sẽ tham gia kỳ thi tại Đại học Moscow và sẽ đối xử với anh ta bằng một người chiến thắng mạnh mẽ. Volodya đã làm việc chăm chỉ nhất có thể, mỗi phút đều có giá trị. Người đàn ông, như họ nói, đang đăng bài.
Anh ấy đến với tôi vào một ngày nọ. được yêu cầu:
“Hãy giải bài toán,” và đặt một mảnh giấy có phương trình lên bàn
Nhìn vào ví dụ, tôi ngay lập tức thích giải nó trên cùng một tờ giấy. Sau đó, anh lấy một chiếc khác, sạch sẽ, ngồi xuống thoải mái hơn và bắt đầu viết lại. Khi tôi lấy mảnh giấy thứ tư ra, tôi phát hiện Voloda đã biến mất. Nhiệm vụ không thành công và tôi nghĩ rằng Volodya chỉ quyết định nói đùa.
Vài ngày sau tôi gặp Volodya trên phố.
- Thế cậu đã nghĩ ra được phương trình nào chưa? anh ấy hỏi. Dù trong mắt anh không hề có một bóng dáng nụ cười nhưng tôi vẫn nói:
“Bạn biết đấy, Volodya, tôi không có thời gian để hiểu trò đùa của bạn.” Tốt hơn là nên kể cho tôi nghe tất cả chuyện đó là thế nào.
“Đây hoàn toàn không phải là một trò đùa,” Voloda cảnh giác. - Đây là một ví dụ từ kỳ thi năm ngoái. Tôi thực sự không biết làm thế nào để giải quyết nó.
- Vậy đó Voloda, bây giờ chúng ta hãy đến gặp tôi và thêm ví dụ này.
Chúng tôi ngồi gần một tiếng đồng hồ mà không đưa ra ví dụ nào.
- Có thể có sai sót trong điều kiện chăng? - Tôi đề nghị khi tất cả các cách tiếp cận mà tôi biết đều đã được thử.
“Không, đúng vậy,” Voloda kiên quyết nói. “Tolik và tôi đã quyết định từ cuốn sách rằng mọi thứ đều như vậy.” Vâng, tôi sẽ thừa nhận điều đó, tôi có những câu hỏi khác.
Và anh ấy mang theo một cuốn sách có tựa đề: “Sổ tay dành cho ứng viên vào Đại học Moscow” ). Ở trang 183 có
*) “Sổ tay dành cho ứng viên vào Đại học Moscow.” V. I. Tropin biên tập. Nhà xuất bản Đại học Mátxcơva, 1972, 254 trang. Phát hành 70.000 bản. Giá 50 kopecks.
ví dụ không may của chúng tôi. Chúng tôi leo lên đáp số, nó ghi: . Chúng tôi đã thay thế - không có giá trị nào trong số này phù hợp.
“Thật đáng tiếc, Voloda, chúng ta đã lãng phí quá nhiều thời gian.” Nhưng bạn vẫn cần học cách giải các phương trình như vậy. Hãy nhìn xem, có một phương trình tương tự ở trang trước:
Hãy giải quyết nó. Bạn thấy đấy, ở đây bạn chỉ cần sắp xếp hợp lý các số hạng để phân tích chúng.
Than ôi! Sau một vài phút, rõ ràng là ví dụ này vượt quá khả năng của chúng tôi. Đã xem đáp số: . Họ đặt nó vào - cả hai rễ đều không vừa. Khi tôi nói với Volod rằng ví dụ này không đúng, anh ấy nhìn tôi với vẻ hoài nghi, nhưng vẫn xuất hiện một tờ giấy có câu hỏi.
-
Bạn biết đấy, ở trường chúng ta chưa học tiếp tuyến với đáy là gì, nhưng bạn cần biết điều này. — Và anh ấy chỉ cho tôi một ví dụ ở trang 196: cần phải giải phương trình
-
Không có lý do gì để tiếp tuyến! Có lẽ ở đây có logarit, nhưng khi gõ nó lại thành một tiếp tuyến.
Tôi xem qua Volodino và xem tờ giấy với những câu hỏi và nhận ra rằng chúng tôi sẽ không chia tay cho đến tận đêm khuya. Hóa ra không thể giải phương trình 2 ở trang 192, trong đó được in cùng với ; bất đẳng thức 4 ở trang 195, trong đó cùng nhau là viết tắt của 1.5; Phương trình 3 ở trang 197, trong đó được gõ cùng nhau thành ; phương trình 2 từ tùy chọn thứ hai (trang 193), trong đó biểu thức phải được đọc là .
Văn học cũng có rất nhiều sai sót. Ví dụ: đáp số sai được đưa ra cho các bài toán số 1 từ phương án thứ nhất và thứ ba của Khoa Toán tính toán và Thư viện, cho các bài toán số 5 từ phương án thứ hai của Thư viện Khoa Kinh tế, v.v., v.v. Hơn nữa, nhiều lỗi có thể được phát hiện nếu không giải được bài toán tương ứng. Ví dụ: ở trang 224 có đáp số: sau, ngụ ý rằng là số trang, nhưng mọi bảng điểm trung học đều biết rằng không phải vậy.
Danh sách các vấn đề và những thứ linh tinh có thể tiếp tục kéo dài. Volodya, được nuôi dưỡng với tinh thần tôn trọng chữ in, đã rất ngạc nhiên. Anh ấy đã nhận được cái đầu tiên trong đời, nhưng rất
73
một bài học khách quan khẳng định câu tục ngữ cổ của Nga về giấy, nó sẽ luôn trường tồn. Nhưng Volodya có ở một mình không? Ai có thể đánh giá thiệt hại do các nhà xuất bản của danh mục này gây ra? Ai sẽ trả lại cho độc giả cuốn sách này những giờ phút quý giá đã bị lãng phí? Ai biết được, có lẽ Newoton trong tương lai đã không đi thi tại Đại học quốc gia Moscow và không đi chỉ vì anh ta không thể giải được các ví dụ do ai đó viết lại sai và đăng trên ấn phẩm chính thức.
Sự bất cẩn trong việc biên soạn thư mục liên quan đến những người nộp đơn vào năm 1972 cũng được thể hiện rõ trong danh sách khuyến nghị tài liệu (tr. 179), trong đó liệt kê những cuốn sách tương đối lâu đời về toán học, chủ yếu dành cho những người nộp đơn vào các trường đại học (lưu ý rằng Đại học Tổng hợp Mátxcơva hoàn toàn không phải là một trường cao đẳng!. Đồng thời, không có một cuốn sách nào viết riêng về tài liệu thi tuyển sinh tại Đại học Quốc gia Mátxcơva được chỉ ra. Đặc biệt, không có cuốn sách chính nào mà trong những năm gần đây đã trở thành cuốn phổ biến nhất trong giới sinh viên tốt nghiệp và đã tóm tắt lại kinh nghiệm phong phú về các kỳ thi tuyển sinh tại Đại học Tổng hợp Mátxcơva trong 10-15 năm qua, - “Cẩm nang toán học dành cho thí sinh vào các trường đại học” của G. V. Dorofeev, M. K. Potapov và N. Kh Rozova, cuốn sách này đã được Bộ Giáo dục Đặc biệt Trung học và Đại học Liên Xô phê duyệt làm tài liệu hỗ trợ giảng dạy cho nhân viên các khoa dự bị của các cơ sở giáo dục đại học.
Trên kệ của tôi có một số ấn bản không còn xuất bản của “Sổ tay dành cho ứng viên vào Đại học Moscow”. Tôi đã mua nó từ năm 1969 - kể từ khi chúng bắt đầu bao gồm đầy đủ các bài viết về toán học được cung cấp tại Đại học Tổng hợp Moscow. Sau đó, cuốn sách tham khảo này trở nên phổ biến không chỉ với những người đăng ký MSU mà còn với nhiều giáo viên đại học và giáo viên toán. Và nếu các nhân viên của Nhà xuất bản Đại học Mátxcơva bất cẩn trong việc xuất bản những biến thể này như năm 1972, thì họ sẽ bằng lòng mộc mạc với những ứng viên, và chủ yếu là những người sống xa các thành phố lớn.
- Còn Volodya thì sao? - bạn hỏi. Anh vào Đại học Moscow và là một sinh viên giỏi. Tôi ước rằng trong tương lai những sự việc như vậy sẽ xảy ra không phải vì những câu hỏi đối với những ấn phẩm đã tiêm vào nước tiểu của người nộp đơn mà là nhờ chúng.
P. A. Serpov
Độ ẩm và khí hậu
Biết rằng nước có nhiệt dung lớn hơn không khí. Khi đun nóng nước lên 1°C, nhiệt lượng cần tỏa ra gấp 3000 lần so với khi đun nóng cùng một khối lượng không khí.
Nhiệt độ bề mặt trung bình của các đại dương trên thế giới là 17,4° C, trong khi nhiệt độ không khí trung bình trên toàn cầu là 14° C. Vì vậy, vào mùa đông, các đại dương trên thế giới đóng vai trò như một loại “lò sưởi” khổng lồ sưởi ấm trái đất.
Đúng, sự trao đổi nhiệt giữa nước và không khí diễn ra khá kịp thời. Có một số cách để hỗ trợ không khí: độ ẩm không khí đóng một vai trò quan trọng. Chúng ta hãy trích dẫn đứa trẻ rất được yêu mến này từ nhật ký của một trong những người tham gia thí nghiệm trên Elbrus vào tháng 8 năm 1927.
“Vào ngày 23 tháng 8, sau 5 giờ, một người trong chúng tôi mang một xô nước cho nhu cầu gia đình của những người phụ nữ từ con suối chảy ra từ sông băng Maly Azay. Đến 6 giờ, nước đã được bao phủ bởi một lớp băng ở nhiệt độ không khí +8,8°, cho thấy bức xạ mặt đất lớn do hàm lượng nước trong khí quyển thấp.”
Trên thực tế, chúng ta nên nói những từ hoa mỹ “bức xạ mặt đất lớn” thay vì những từ chính xác hơn - “bốc hơi tích phân”. Chẳng hạn, trong những điều kiện như ở Murmansk, sự “ấm lên” của khí hậu chắc chắn đi kèm với sự gia tăng độ ẩm. Điều này xảy ra vì khí hậu của Murmansk được quyết định bởi dòng hải lưu ấm áp của Vịnh, làm nóng vùng nước ven biển của Biển Barents. Ít người biết rằng nếu nước trong quá trình trao đổi nhiệt với không khí mất nhiệt thêm 1 độ nữa thì nhiệt độ không khí trung bình ở Murmansk sẽ tăng thêm 10 độ!
74
Sách mới
Bắt đầu từ số này, chúng tôi sẽ cung cấp những bản tóm tắt ngắn gọn về những cuốn sách xuất bản năm 1973 mà độc giả của chúng tôi quan tâm.
Những cuốn sách sau đây sẽ được xuất bản vào quý 1 năm 1973 (có thể đặt hàng qua các cửa hàng Book by Mail).
Toán học
Nhà xuất bản “Khoa học”
- Gel fand I.M., Glagoleva E.G., Kirillov A.A., tọa độ Metsd. (Khối lượng 5 l., phát hành 200.000 bản, giá 13 kopecks.)
Cuốn sách được dành để trình bày một trong những khái niệm cơ bản của toán học - phương pháp tọa độ. Sử dụng nhiều ví dụ được chọn lọc kỹ càng, các tác giả cho thấy khái niệm này “hoạt động” như thế nào trong toán học.
Cuốn sách dành cho học sinh lớp 8–10 yêu thích môn toán.
2. Gradshtein I.S., Định lý trực tiếp và nghịch đảo. (Tập 7 l., phát hành 50.000 bản, giá 23 kopecks.)
Cuốn sách xem xét các vấn đề riêng lẻ của logic toán học liên quan đến môn toán ở trường (điều kiện cần và đủ, định lý dương và nghịch, chứng minh bằng phản chứng, v.v.).
Bằng cách phân tích một số ví dụ cụ thể, tác giả cho thấy các khái niệm khá tinh tế về logic toán học và lý thuyết tập hợp có thể được sử dụng trong nghiên cứu toán học phổ thông.
- Wachman F., Schmidt E., công nhân đã nghỉ hưu. (Khối 10 l., phát hành 30.000 bản, giá 74 kopecks.)
Cuốn sách rất nổi tiếng, dựa trên các tài liệu từ toán học cơ bản và đưa ra một lý thuyết thường thiết lập mối liên hệ hoàn toàn bất ngờ giữa hình học và đại số hiện đại.
Một số lượng lớn bài toán được đặt trong sách giúp ích rất nhiều cho việc nắm vững tài liệu được trình bày.
Cuốn sách dễ tiếp cận và được nhiều độc giả quan tâm, kể cả học sinh lớp 8-10.
Vật lý
Nhà xuất bản “Khoa học”
4. Nhà vật lý đang nghĩ về điều gì? Số 9. (Khối 14 tờ, phát hành 50.000 bản, giá 70 kopecks)
Bộ sưu tập các bài viết đã dịch này được dành cho các vấn đề của vật lý hạt cơ bản. Bộ sưu tập bao gồm các bài báo khoa học phổ biến, tác giả là những nhà khoa học nổi tiếng làm việc sáng tạo trong lĩnh vực vật lý lý thuyết và thực nghiệm.
Bộ sưu tập dành cho nhiều đối tượng độc giả, bao gồm cả học sinh trung học.
5. Grebennikov E. A., Nikolai Konernik. (Tập 6 l., phát hành 25.000 bản, giá 22 kopecks.)
Cuốn sách trình bày dưới dạng phổ biến các sự kiện, sự kiện và ý tưởng chính gắn liền với sự xuất hiện của lý thuyết Konernik.
Cuốn sách dành cho nhiều đối tượng độc giả.
6. Shklovsky I. S., Vũ trụ, bản sao.
trí thông minh. (Khối lượng 22 tờ, phát hành 50.000 bản, giá 1 rúp 20 kopecks)
Cuốn sách đề cập đến một vấn đề hấp dẫn - sự tồn tại của các nền văn minh được du nhập. Nó cũng trình bày các vấn đề chính của thiên văn học hiện đại một cách toàn diện và phổ biến.
Cuốn sách dành cho học sinh trung học.
7. Gurevich V.Z., Năng lượng của ánh sáng vô hình. (Quyển 8 l., phát hành 25.000 bản, giá 50 kopecks.)
Cuốn sách này là tia hồng ngoại Sib. Về cách chúng giúp điều khiển tên lửa và vệ tinh, tạo bản đồ hành tinh, cách chúng có thể được sử dụng để giải mã thành phần của một chất chưa biết và nhiều ví dụ khác về việc sử dụng các tia này.
Cuốn sách dành cho học sinh và độc giả.
8. Ostrovsky Yu. I., Holodraffy và ứng dụng của nó. (Quyển 8 l., phát hành 30.000 bản, giá 60 kopecks.)
Holodraffy là một phương pháp mới đang phát triển nhanh chóng để ghi và khôi phục sóng ánh sáng và sóng âm. Cuốn sách phác thảo những điều cơ bản về lý thuyết và kỹ thuật thử nghiệm sử dụng giọng nói.
Cuốn sách dành cho học sinh và độc giả.
Nhà xuất bản “Atomizat”
9. Kedrov V., Irene và Frederic Jollu-Curie. (Tập 9 l., phát hành 90.000 bản, giá 29 kopecks.)
Cuốn sách dưới hình thức sinh động và phổ biến giới thiệu cuộc đời và công trình khoa học của hai nhà khoa học nổi tiếng người Pháp Irène và Frédéric Jollus-Curie.
Cuốn sách dành cho hầu hết độc giả là học sinh.
M. L. Smolyansky
75
Đến “Nhiệm vụ”
(xem cmp. 38)
-
Tổng số điểm ở các mặt trên của hai chiếc cốc không nhỏ hơn 2 và không quá 12. Tổng có xác suất lớn nhất là số có thể thu được bằng số phép cộng lớn nhất của hai số hạng (có tính đến thứ tự của chúng), mỗi số đó là một trong các số 1, 2, 3, 4, 5, 6. Số phép cộng lớn nhất—xã hội—có thể tạo thành tổng 7:
1 + 6, 2 + 5, 3 + 4, 4 + 3, 5 + 2, 6 + 1. -
là số nguyên, tức là 2** là lập phương chính xác. Nhưng giữa các số 200 và 299, khối lập phương chính xác duy nhất là số 216 = 6³. Kể từ đây,
-
Đặt , . Dễ dàng chứng minh rằng kết thúc bằng số 4. Nhưng , vì và , vì là một số có bảy chữ số. Vì vậy, , do đó .
-
.
-
.
-
.
-
Giải đấu chỉ có một học sinh lớp 9 ghi được 10 điểm.
(xem cmp. 44)
Ba ngôi làng Kosoglaz, Boroda và Aloshek đến từ Lugnovtsy, Kurnos đến từ Cheryosovets, và Dlinnoukh đến từ Pravdovets.
Với những nhà tư tưởng trẻ “Hãy bước chậm rãi đến căn phòng số 203”. Với lời giải, hãy sử dụng nguyên tắc truyền hình và tạo thành 35 chữ cái này bằng cách sử dụng thanh trượt thẳng .
Về bài viết “Phương trình lượng giác”
-
. Gợi ý. .
-
. Gợi ý. Rút gọn vế trái của phương trình về dạng và bình phương nó.
-
;
-
; .
-
.
Về bài viết “Viện Kinh tế Quốc dân Mátxcơva mang tên G. V. Plexanov”
Khoa Kinh tế tổng hợp
- Khó khăn với bài toán là bạn không cần phải tìm bản thân các đại lượng chưa biết mà là tỷ lệ của chúng.
Đặt tốc độ tự động lần lượt là , và . Sau đó
Ta có hệ hai phương trình với ba ẩn số.
Trừ thứ hai từ phương trình đầu tiên:
và chia nó cho :
-
- ; (Hình 1)
-
;
-
(ΔOSM);
-
;
-
;
76
-
;
-
;
.
Lỗi phổ biến nhất ở đây là không chính xác
vẽ đúng bán kính của quả bóng tới một điểm
chạm. Nhiều ứng viên miêu tả
nó song song với đáy.
- ;
;
;
.
-
;
-
;
;
.
- ;
;
;
;
;
;
;
Cơm. 1.
Cơm. 2.
Cơm. 3.
Khoa Điều khiển Kinh tế
-
,
.
;
;
;
;
. -
; (Hình 2)
;
;
Nhiều người nộp đơn, sử dụng công thức khi xác định diện tích đáy, tin rằng đáy của một đường thẳng được nhận biết là hình vuông, hình chữ nhật hoặc gam song song. Ở đây cần phải giải thích hình nào nằm ở cơ số và chứng minh tính đúng đắn của công thức này.
77
-
Khoảng 70% người nộp đơn không cho biết gốc .
-
Vì với chúng ta có , nên
Một số ứng viên đã tách căn thức và bình phương cả hai vế của phương trình. Những người khác không tính đến phạm vi của lập luận và đã viết
Khoa Tài chính
- Bài toán cho phép tạo ra một số lời giải thú vị bằng cách sử dụng định lý sin, định lý tiếp tuyến, sử dụng các cấu trúc bổ sung, v.v. Chúng tôi trình bày một trong số chúng (Hình 3):
Đáp số: .
- ;
- Hãy lập một bảng:
| ô tô | Tốc độ | Thời gian di chuyển cho đến khi gặp mặt | Kéo dài khoảng cách đến cuộc họp | Kéo dài khoảng cách sau cuộc gặp | Thời gian di chuyển sau cuộc họp |
| :— | :— | :— | :— | :— | :— |
| I | | | | | |
| II | | | | | |
Khoa Nghiên cứu Hàng hóa Hàng Công nghiệp
- 14 km/giờ, 2 km/giờ.
- Lời giải không.
Khoa Kinh tế và Tổ chức Cung ứng Vật tư Kỹ thuật
78
- 6 km/giờ, 4 km/giờ, 10 km.
- .
Khoa Kinh tế Công nghiệp
- 80 km/giờ, 48 km/giờ, 480 km.
- .
- .
- .
Khoa Thương mại và Kinh tế
- .
- .
- 40 km/giờ, 50 km/giờ.
- .
Đến ghi chú “Sở thú của chúng tôi”
(xem «Kvant» số 1, 1973)
Đến ghi chú “Thợ lặn Cartesan”
Tôi sẽ không thể tạo ra một phong vũ biểu. Khi độ sâu ngâm của “thợ lặn” tăng lên, áp lực nước tăng lên, áp lực nước trong “thợ lặn” càng giảm nhiều hơn và “thợ lặn” chìm nhanh hơn xuống đáy. Tuy nhiên, có thể điều chỉnh “thợ lặn” để nó chìm xuống đáy nếu áp suất khí quyển tăng lên trên một giá trị nhất định.
Cần lưu ý «Kvant» cho học sinh nhỏ"
(xem «Kvant» số 1 năm 1973, trang 3 của vùng)
- Chỉ có một trường hợp khi biết số xe điện mà không xác định được tuổi của trẻ; Đây là nơi đặt số xe điện. Gợi ý rằng một trong hai đứa trẻ là con cả không bao gồm trường hợp với cặp song sinh lớn nhất.
- Tổng số của tất cả các thẻ là số lẻ. Tuy nhiên, bạn có thể lật các lá bài có số 16 (nhận 91) và một số lá bài khác.
- .
- Dưới tác động của áp suất khí quyển, nắp sẽ “rút” vào chai (áp suất từ trên xuống sẽ giảm).
- Người thứ hai gánh khúc gỗ sẽ cảm thấy nặng nề hơn trước sự “giúp đỡ” này. Bạn có thể xác minh điều này trên mùn cưa của chính mình hoặc sử dụng quy tắc đòn bẩy.
Đến nốt nhạc “Bao nhiêu nước đi”
(xem «Kvant» số 1, 1973)
- Đối với lời giải, hãy sử dụng Hình 4. Ở đây, mười ô vuông tương ứng với các trường trên bảng bất thường của chúng tôi và các đoạn nối các ô vuông mà hiệp sĩ có thể di chuyển giữa đó. Trường có 3 giống như một “quá cảnh”: chỉ có thể thực hiện được kết nối giữa hai nhánh của trường mà chúng ta thấy trong hình, cũng như trường a2 thông qua nó.
- Tạo một bản vẽ tương tự như Hình 4. Nó sẽ ngay lập tức theo sau lời giải, cần tổng cộng 22 bước di chuyển.
- Mục tiêu đạt được trong 26 nước đi.
- Hiệp sĩ có thể bị bắt sau 27 nước đi.
- Các quân tượng có thể được sắp xếp lại sau 36 lần di chuyển.
Cơm. 4.
79
Về bài viết “Các môn học vật lý và toán truyền hình dành cho thí sinh đại học”
(cm. «Kvant» № 1, 1973 e.)
Vật lý
Tùy chọn 1
- Viên đạn sẽ bay phía trên tâm mục tiêu một lượng
- Sau khi nhả tải (xem hình ở điều kiện bài toán), hệ bắt đầu chuyển động với gia tốc . Điều này xảy ra cho đến khi vật nặng chạm vào giá đỡ. Chúng tôi coi sự tương tác của các vật nặng với giá đỡ và với nhau (trong sự va chạm của các vật nặng và ) là hoàn toàn không đàn hồi. Thời gian chuyển động ở giai đoạn này là ; tốc độ cuối cùng (trên biểu đồ ở tọa độ —một đường thẳng nghiêng đi lên).
Sau đó tải chuyển động đều với tốc độ cho đến khi tải chạm vào tải . Thời gian chuyển động (trên đồ thị - một đường thẳng song song với trục hoành).
Khi đó tải chuyển động với gia tốc hướng xuống dưới (như trong trường hợp chuyển động của một vật được ném thẳng đứng lên trên). Sau khi vượt qua điểm cao nhất, tải hạ xuống và lúc này bắt đầu nâng tải .
Tiếp tuyến của góc nghiêng của đồ thị vận tốc với trục hoành ở giá trị tuyệt đối lớn hơn ở đoạn đầu (trong đồ thị có một đường thẳng đi xuống và cắt trục hoành).
Tại thời điểm xảy ra hiện tượng nhàm chán về tốc độ của tải (chúng ta coi sợi dây không giãn) theo định luật bảo toàn động lượng: ; (trên đồ thị—một đường thẳng song song với trục hoành).
Tại thời điểm tải bắt đầu tăng lên và một lần nữa lại có sự thay đổi nhàm chán về tốc độ của tải . Định luật bảo toàn động lượng có dạng: ; (đường thẳng song song với trục tọa độ).
Khi đó tải chuyển động chậm như nhau (một đường thẳng nghiêng đi lên và cắt trục x).
Bắt đầu từ thời điểm mô hình sẽ lặp lại. Trong trường hợp này, chuyển động tuần hoàn của tất cả các hệ đều suy giảm, vì tốc độ ban đầu của tải có xu hướng bằng 0 tại .
- .
Tùy chọn 2
- Chúng ta sẽ giải bài toán dựa trên định luật bảo toàn năng lượng. Một số điều kiện có liên quan đến các đặc điểm không chắc chắn về sự tương tác của các vật thể khi va chạm. Vì quả bóng chảy ra sau khi va chạm nên rõ ràng va chạm là đàn hồi. Nhưng nó có thể không đàn hồi hoàn toàn, tức là một phần năng lượng cơ học có thể chuyển thành dạng phi cơ học, chẳng hạn thành nhiệt năng.
Định luật bảo toàn năng lượng khi va chạm:
trong đó —các loại năng lượng phi cơ học,
—tốc độ bóng trước khi va chạm,
—tốc độ bóng sau khi va chạm,
—vận tốc của vật sau va chạm.
Khi quả bóng di chuyển từ vị trí ban đầu đến điểm va chạm (xem hình để biết điều kiện bài toán), cơ năng của quả bóng được bảo toàn:
Cơ thể khi va chạm nhận được động năng , chuyển thành nhiệt
Năng lượng trong quá trình thực hiện công chống lại lực ma sát:
(4)
Giải phương trình (1-4) cùng nhau, ta thu được:
(5)
hoặc
(6)
Từ phương trình (6) ta dễ dàng chuyển sang bất đẳng thức:
(7)
hoặc
Sự bình đẳng xảy ra ở , tức là ở một cú sốc abscilitic.
- .
Toán học
Bài kiểm tra số 1
-
- Gợi ý. Trong ví dụ này, chúng ta phải chuyển đổi các phân số thập phân vô hạn tuần hoàn hỗn hợp và tuần hoàn thuần túy thành các phân số thông thường. Đây là một ví dụ thực tế về cách điều trị như vậy.
Cho một phân số tuần hoàn thuần túy , , trong đó số chứa chữ số. Hãy viết lại số đã cho như sau: , và nhân với . Chúng tôi nhận được , .
Nếu bây giờ chúng ta trừ từ , thì chúng ta nhận được , mở ra .
Nếu cho một phân số tuần hoàn hỗn hợp , , trong đó số chứa chữ số và số chứa chữ số, sau đó nhân với , chúng ta nhận được , hoặc , . Bây giờ, hãy nhân cả hai vế của đẳng thức cuối cùng với : , (ở đây có nghĩa là viết tuần tự các chữ số tạo thành số và số ). Nếu bây giờ chúng ta trừ từ , thì chúng ta nhận được , mở ra .
Ví dụ: (3). Sau đó , (3) hoặc (3). Tiếp theo, , (3), , (3) – 2708, (3), tức là , rồi .
-
Gợi ý. Áp dụng bất đẳng thức Cauchy: ().
-
.
-
2 nếu ; 0 nếu . Gợi ý. Xin lưu ý rằng .
-
–b. Gợi ý. Vì các số và được nâng lên lũy thừa phân số nên chúng không âm (và ).
-
.
-
-
0,6. Gợi ý. Từ phương trình chúng ta tìm thấy hoặc . Nhưng từ điều kiện ta kết luận rằng .
Ngày 19 tháng 2 năm 1973 đánh dấu kỷ niệm 500 năm ngày sinh của nhà khoa học thiên văn vĩ đại người Ba Lan Nicolaus Copernicus (1473-1543). Ngày này được tổ chức rộng rãi trên toàn thế giới.
Hầu hết mọi người thường sẽ tin tưởng vào kinh nghiệm thực tế của họ. Ví dụ, quy ước nói rằng vào buổi sáng, Mặt trời mọc ở hướng Đông, di chuyển trên bầu trời và lặn ở hướng Tây vào buổi tối. Kinh nghiệm thực tế này đã được phản ánh trong học thuyết cấu tạo Vũ trụ của nhà khoa học Hy Lạp cổ đại Claudius Ptolemy, người cho rằng Trái đất nằm ở trung tâm của Vũ trụ, còn Mặt trời, các hành tinh và các ngôi sao không chuyển động xung quanh. Những lời dạy của Ptolemy rất phù hợp với Kinh thánh, trong đó nói rằng khi tạo ra thế giới, Chúa đã làm việc với Trái đất trước tiên. Trong nhiều thế kỷ, các nhà khoa học đã sửa đổi các bảng dự đoán của Ptolemaic về nhiều hiện tượng thiên thể khác nhau, nhưng bản thân hệ địa tâm của thế giới chưa bao giờ bị nghi ngờ.
Copernicus sẽ đáp lại bằng những ý tưởng dân tộc học về cấu trúc của Vũ trụ. Ông đi đến kết luận rằng tất cả các hành tinh đều chuyển động theo quỹ đạo tròn quanh Mặt trời và xác định rằng Trái đất quay quanh Mặt trời trong một năm, đồng thời quay quanh trục của nó. Lý thuyết của Copernicus đã cách mạng hóa cấu trúc và làm suy yếu nền tảng giáo lý của nhà thờ.
Khoảng 50 con tem và khối có liên quan đến Copernicus. Rõ ràng là những con tem thuần khiết nhất như vậy đã được phát hành ở quê hương ông ở Ba Lan. Hai con tem đầu tiên có chân dung của Copernicus được phát hành ở Ba Lan vào năm 1923 (một trong số chúng được hiển thị trong ảnh). Trên tạp chí của chúng tôi (số 1 năm 1971) 17 con tem gắn liền với Nicolaus Coperni đã được sao chép.
GÓC SƯU TẬP
COPERNIK DOM KOPERNIK
ROLSKA 40
ASTROLABIUM
KORAKOV POLSKA 60
GEOMETRIA EUKLIDESA PRZEZRSANA W KRAKOWIE W PODRECZNIK M KOPERNIK
NICHOLAS COPERNIUS
Phiếu giảm giá hiển thị sơ đồ hệ thống địa tâm của nó.
Trong ảnh, bạn còn thấy một con tem của Cộng hòa Ả Rập Yemen có chân dung của Nicolaus Copernicus và một Astrophon vĩ đại khác, Johannes Kepler, người ủng hộ lý thuyết Copernicus và đã nhiệt tình khâu nó lại.
A. V. Altykis
k…Cuối cùng, sau nhiều lần quan sát kéo dài, tôi đã phát hiện ra rằng nếu chúng ta so sánh chuyển động của các ngôi sao lang thang khác với chuyển động tròn của Trái đất và tính toán những chuyển động này cho chu kỳ quay của mỗi ngôi sao, thì chúng ta thu được hiện tượng quan sát được ở những ngôi sao này. Ngoài ra, trình tự và độ lớn của các ngôi sao sáng, tất cả các quả cầu và thậm chí cả bầu trời hóa ra có mối liên hệ với nhau đến mức không thể tưởng tượng được gì ở bất kỳ phần nào mà không gây ra sự nhầm lẫn ở các phần còn lại và trong toàn bộ Vũ trụ.