Kvant 1975, số 2 · Trang
QUANTUM
1975
2
khoa học đại chúng
vật lý và toán học
tạp chí
Bức ảnh trên cùng cho thấy những tấm xương của Napier trong một hộp đồng, được làm vào năm 1617, cùng năm chúng được miêu tả. Đây là một loại thiết bị điện toán, nguyên lý hoạt động của nó sử dụng các thuộc tính id của Bảng nhân Pythagore, trình bày nó ở dạng “phiên bản có thể tháo rời”. Sử dụng hình ảnh của John Napier, bằng cách di chuyển các “máy tính bảng”, bạn có thể nhân, chia số nguyên và thậm chí trích xuất căn bậc hai. Phép nhân được thực hiện đặc biệt đơn giản và thiết thực, nhờ vào “máy tính bảng”, nó được thay thế bằng phép cộng. Vì vậy, người đương thời đánh giá cao những viên xương xương. Những thiếu sót của thiết bị, bao gồm cả việc các thành phần của nó dễ nhìn thấy, đã được giải quyết sau đó.
Thiết bị này là một phần trong bộ sưu tập của Bảo tàng Nghệ thuật Ứng dụng Paris. Cách sử dụng thiết bị tính toán của Napier được mô tả ở «Kvant» Số 2, tr. 42.
1
Tổng biên tập
Viện sĩ I.K. kioni
Phó thứ nhất
tổng biên tập
Viện sĩ A. N. Kolmogorov
Tuyển tập biên soạn:
M. I. Bashmkov,
S. T. Belyaev,
V. G. Boltyansky,
N. B. Vasiliev,
Yu. N. Efremov,
V. G. Zubov,
P. L. Kapitsa,
V. A. Kirillin,
nghệ sĩ chính
A. I. Klimanov,
S. M. Kozel,
phó tổng biên tập
V. A. Leshkovtsev,
L. G. Makar-Limanov,
A. I. Markushevich,
N. A. Patrikeva,
I. S. Petrkov,
N. Kh. Rozov,
A. P. Savin,
Tôi. Sh. Slobodetsky,
phó tổng biên tập
M. L. Smolyansky,
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,
I. N. Klumova,
biên tập viên nghệ thuật
T. M. Makarova,
N. A. Bạc hà,
T. S. Petrova,
V. A. Tikhomirova,
do các biên tập viên đứng đầu
L. V. Chernova
TRONG PHÒNG:
2 A. V. Eletsky. Tốc độ ánh sáng và sự thay đổi của nó
10 A. V. Khatsem. Mạng lưới giao thông và mạch điện
18 V. I. Arabadzhi. Nhuộm nhiễu xạ của côn trùng
vòng tròn toán học
20 E. G. Gotman. Đường Euler
Vấn đề “Kvata”
26 Bài toán M306—M310; F318—F322
28 Lời giải bài toán M268—M272; F278—F284
Xưởng của người nộp đơn
43 E. V. Vakhovsky, A. A. Ryvkin. Khi đồ thị giúp ích
49 V. E. Belonukkin, V. I. Chekhlov. Viện Vật lý và Công nghệ Moscow
Đánh giá, thư mục
52 N. V. Metelsky. Các nhà toán học về toán học
52 K. I. Kudel. Làm thế nào tôi có thể thay đổi điều này?
55 T. S. Petrova, M. L. Smolyansky. Sách mới
Thông tin
57 I. G. Venetsky, Yu. Tôi. Sorkin. Tối ưu hóa toán học ẩn của MESI
«Kvant» cho học sinh nhỏ
58 Bài toán
59 MP Barbolin. Câu đố và đồ họa
Đáp số, gợi ý, lời giải
Pha trộn [tr. 17, 25, 42, 56]
Ở trang đầu tiên của trang bìa, bạn sẽ thấy bức ảnh chụp một phần đuôi của con công. Đôi mắt sáng của lông đuôi có thể đổi màu. Điều này được giải thích là do màu sắc của con công là do nhiễu xạ. Màu sắc nhiễu xạ của các loài chim và côn trùng được mô tả trong bức tượng của V. I. Arabadzhi, đăng trên tạp chí số này, tr. 18.
© Tòa soạn chính văn học vật lý và toán học của nhà xuất bản Nauka, 1975.
2
TỐC ĐỘ ÁNH SÁNG
VÀ KÍCH THƯỚC CỦA NÓ
A. V. Eleukiy
Nhiều định luật vật lý hiện đại lấy tốc độ ánh sáng c làm tham số. Đại lượng này được đưa vào phương trình của trường điện từ; tổng năng lượng của chất, mức năng lượng của các electron trong nguyên tử, v.v. đều được thể hiện thông qua nó.
Cùng với các hằng số khác, chẳng hạn như điện tích electron và hằng số hấp dẫn, tốc độ ánh sáng là một trong những hằng số vật lý cơ bản. Rõ ràng là độ chính xác của các định luật vật lý được xác định bởi độ chính xác mà giá trị của các hằng số tương ứng đã biết, cách duy nhất để xác định đó là thử nghiệm.
Nguyên lý đo tốc độ ánh sáng, ý tưởng lần đầu tiên được đề xuất bởi Galileo, dựa trên việc đo thời gian cần thiết để tín hiệu ánh sáng truyền đi một khoảng cách nhất định. Sự phát triển của phương pháp này - từ các quan sát thiên văn của Römer đến các phép đo giao thoa kế đồ chạm khắc của Michelson - đã được mô tả chi tiết trong tạp chí của chúng tôi *). Theo các phép đo loại này, tốc độ ánh sáng được coi là 299.792,6 ± 0,25 km/s. Lưu ý rằng độ chính xác tương đối nhất đạt được khi đo tốc độ ánh sáng bằng phương pháp này đạt được vào những năm 50 của thế kỷ chúng ta và là khoảng một phần thập phân của một phần trăm, hay 10⁻⁸.
Chúng ta hãy nhớ lại rằng bất kỳ phép đo nào cũng có thể được đặc trưng bởi sai số tương đối và tuyệt đối. Sai số tuyệt đối là khả năng sai lệch của kết quả đo so với giá trị chính xác của giá trị đo được. Độ lệch như vậy có thể là do sự không hoàn hảo của dụng cụ đo hoặc quá trình đo và phải luôn được đánh giá trước. Sai số đo tương đối là tỷ lệ giữa sai số tuyệt đối với chính giá trị đo được. Mặc dù người ta đánh giá trước rằng khi thực hiện các phép đo chính xác cần phải giảm cả sai số tuyệt đối và sai số tương đối, nhưng trong hầu hết các trường hợp, đặc điểm quan trọng nhất của độ chính xác của phép đo là sai số tương đối. Trên thực tế, phép đo được tính từ Trái đất đến Lunya với sai số tuyệt đối ±1 m luôn là phép đo chính xác và phép đo có cùng sai số tuyệt đối về kích thước của căn phòng chỉ là ước tính sơ bộ. Điều này sẽ trở nên rõ ràng ngay lập tức nếu chúng tôi chỉ ra rằng trong trường hợp đầu tiên, sai số tương đối là 10⁻⁸ và trong trường hợp thứ hai - 10⁻¹.
Việc tăng thêm độ chính xác của phép đo tốc độ ánh sáng bằng phương pháp giao thoa gặp phải những khó khăn cơ bản. Khoảng cách mà chúng ta có thể đo với độ chính xác cao (khoảng cách này có thể so sánh với tiêu chuẩn độ dài -
*) Xem bài viết của V. Vintsky “Đo tốc độ ánh sáng”, «Kvant», 1972, số 2.
3
mét), ánh sáng truyền đi trong những khoảng thời gian cực ngắn, vào cỡ . Khi đo những khoảng thời gian như vậy sẽ xảy ra lỗi đáng kể. Mặt khác, thời gian ánh sáng cần để truyền đi những khoảng cách xa (chẳng hạn như trên 10 km) có thể được ghi lại khá chính xác, nhưng sẽ tích lũy sai số đáng kể khi tự đo khoảng cách đó bằng tiêu chuẩn độ dài. Trong trường hợp này, phương pháp quang học được sử dụng để đo khoảng cách lớn, nhưng để sử dụng nó cần phải biết trước tốc độ ánh sáng. Hóa ra là một vòng luẩn quẩn.
Người ta đã có thể giải quyết mâu thuẫn này trong những năm gần đây, khi trên thực tế người ta có thể sử dụng một nguyên lý khác để đo tốc độ ánh sáng, dựa trên thực tế là bước sóng λ và tần số ν của sóng điện từ trong chân không có liên hệ với nhau bởi mối quan hệ cơ bản
Bằng cách đo bước sóng và tần số của cùng một bức xạ điện từ một cách độc lập, chúng ta có thể nhân các đại lượng này một cách đơn giản để thu được tốc độ ánh sáng. Độ chính xác của thí nghiệm như vậy sẽ rất cao nếu chúng ta có thể đáp ứng đồng thời hai yêu cầu.
Đầu tiên, chúng ta phải có khả năng đo bước sóng và tần số của sóng điện từ với độ chính xác cao.
Thứ hai, tần số dao động của bức xạ điện từ mà chúng ta sắp thử nghiệm phải được duy trì càng không đổi càng tốt.
Từ hệ thức (1), suy ra rằng đối với sóng điện từ, mức độ bất ổn tương đối của tần số và bước sóng trùng nhau.
Thật ra, giả sử tần số của sóng điện từ ν thay đổi một lượng nhỏ δν ≪ ν. Điều này sẽ kéo theo sự thay đổi bước sóng một lượng δλ, do đó
1*
đưa giá trị mới của tần số ν + δν về giá trị mới của bước sóng λ + δλ vẫn phải bằng tốc độ ánh sáng c. Giải phương trình (1), viết cho trường hợp này, đối với δλ ta thu được
Từ đây
vì δν ≪ ν. Do đó, sự thiếu chính xác tương đối trong các giá trị tần số và bước sóng trái dấu nhau và bằng nhau về độ lớn.
Vì vậy, nếu chúng ta có một nguồn dao động điện từ có tần số không đổi thì bước sóng của những dao động đó sẽ không đổi ở cùng một mức độ. Đây là trường hợp đặc biệt của phát biểu tổng quát rằng nếu hai đại lượng vật lý tỷ lệ nghịch với nhau thì độ sai số tương đối của chúng bằng nhau nếu chỉ hệ số tỷ lệ (trong trường hợp của chúng ta là c) được coi là đã biết chính xác.
Việc tạo ra các dao động điện từ có bước sóng và tần số không đổi với độ chính xác cao trong thời gian dài đã trở nên khả thi trong những năm gần đây nhờ sự ra đời của tia laser - nguồn bức xạ đơn sắc mạnh. Tuy nhiên, mặc dù tần số và bước sóng của bức xạ laser là không đổi với độ chính xác cao, nhưng việc đo chúng cùng nhau gặp phải những khó khăn kỹ thuật đáng kể. Hãy xem xét điều này chi tiết hơn.
Tiêu chuẩn đo chiều dài
Mọi phép đo cuối cùng đều được đưa ra để so sánh với một số tiêu chuẩn. Có các tiêu chuẩn để đo lường nhiều thông số của các vật thể và quá trình vật lý: ví dụ: tiêu chuẩn về độ dài, thời gian, cường độ dòng điện, khối lượng vật chất, v.v. Người ta cố gắng chọn các tiêu chuẩn
4
theo cách mà giá trị của chúng không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài, chẳng hạn như nhiệt độ và áp suất không khí, độ cao so với mực nước biển, v.v.
Đặc biệt, tiêu chuẩn độ dài hiện đại gắn liền với bước sóng của bức xạ điện từ phát sinh khi một electron trong nguyên tử krypton chuyển từ trạng thái kích thích này sang trạng thái kích thích khác.
Các electron trong bất kỳ nguyên tử nào cũng có thể ở các trạng thái khác nhau, khác nhau về năng lượng. Nếu một tập hợp đầy đủ các trạng thái như vậy được biết đối với một nguyên tử cụ thể thì phổ của nguyên tử đó được cho là đã biết. Đối với một nhà vật lý, các nguyên tử của các nguyên tố hóa học khác nhau khác nhau chủ yếu ở quang phổ của chúng, do đó quang phổ đóng vai trò là “chân dung” của các nguyên tử. Từ trạng thái có năng lượng cao hơn các electron có thể tự động chuyển sang trạng thái có năng lượng thấp hơn . Trong trường hợp này, năng lượng được giải phóng dưới dạng lượng tử dao động điện từ. Tần số của những dao động này có liên quan đến năng lượng được giải phóng bởi mối quan hệ
trong đó là hằng số Planck.
Do năng lượng của các trạng thái mà electron có thể tìm thấy trong nguyên tử bị ảnh hưởng cực kỳ yếu bởi các điều kiện bên ngoài, nên tần số dao động do nguyên tử phát ra hóa ra không đổi với độ chính xác cao. Và vì mức độ không đổi của tần số và bước sóng của dao động điện từ trùng nhau, nên bước sóng của ánh sáng phát ra cũng hoàn toàn không đổi. Vì vậy, sẽ rất thuận tiện khi sử dụng loại đèn này làm “thước đo” rất chính xác để đo chiều dài.
Theo định nghĩa, tiêu chuẩn quốc tế về độ dài - mét - chứa 1.650.763,73 bước sóng bức xạ xảy ra trong quá trình chuyển đổi giữa hai trạng thái cụ thể của nguyên tử krypton. Bức xạ này được phát ra bởi một đèn phóng điện chứa đầy krypton ở áp suất được xác định nghiêm ngặt và hoạt động ở dòng điện và điện áp cung cấp được xác định nghiêm ngặt. Leo-
Đèn âm thanh được chọn vì nó tương đối dễ sản xuất và có tuổi thọ cao.
Đo bước sóng laser
Đo chiều dài bằng chuẩn krypton dựa trên hiện tượng giao thoa ánh sáng.
Tại mỗi điểm trong không gian nơi sóng ánh sáng lan truyền sẽ xuất hiện một trường điện từ và độ lớn của các vectơ cường độ điện trường và cảm ứng từ trường thay đổi theo một định luật điều hòa. Khi hai tia sáng kết hợp truyền qua một điểm nhất định trong không gian theo cùng một hướng, hiệu ứng tổng cộng sẽ phụ thuộc vào pha trong đó vectơ trường điện (hoặc cảm ứng từ) của cả hai tia dao động tại điểm đó. Nếu các pha dao động trùng nhau, tức là các vectơ cường độ có hướng bằng nhau thì cường độ ánh sáng tại điểm này là cực đại. Ngược lại, nếu các pha dao động ngược nhau, tức là các vectơ cường độ hướng ngược nhau thì cường độ ánh sáng tại điểm đó là tối thiểu. Do đó, nếu hai chùm ánh sáng có cùng tần số có độ lệch pha không đổi (nghĩa là có mối quan hệ không đổi giữa các vectơ cường độ điện trường hoặc cảm ứng từ trường) hướng vào một màn hình, thì chúng ta sẽ nhìn thấy các sọc sáng và tối xen kẽ trên màn hình - cái gọi là mô hình giao thoa.
Một trong những sơ đồ khả thi để đo chiều dài của một vật sử dụng giao thoa kế Michelson được thể hiện trên Hình 1. Sóng ánh sáng từ nguồn 1 được chia thành hai sóng trong một tấm mờ 2. Một sóng phản xạ từ bề mặt đáy của tấm và đi lên, phản xạ từ gương đứng yên 3, đi qua
5
Cơm. 1.
tấm 2 và dòng 6, rơi vào màn hình 7 nằm trong mặt phẳng tiêu cự của thấu kính. Sóng thứ hai, đi qua tấm 2 và 4, được phản xạ từ gương 5 gắn trên xe đẩy, quay trở lại tấm 2, phản xạ từ bề mặt dưới của nó và đi tới màn hình. Tấm 4 là cần thiết để cân bằng đường quang của cả hai sóng. Thật vậy, sóng đầu tiên đi qua tấm 2 lần và sóng thứ hai chỉ một lần.
Do sự giao thoa của hai chùm tia, trên màn hình xuất hiện một vân giao thoa, đó là một loạt các sọc tối và sáng. Khi một chiếc xe đẩy có gương di chuyển dọc theo một vật thể có chiều dài cần thay đổi, kiểu giao thoa dường như cũng sẽ di chuyển trên màn hình. Ví dụ, khi xe di chuyển một quãng đường bằng một nửa bước sóng ánh sáng dùng trong thí nghiệm, tất cả các sọc tối trên màn hình sẽ chuyển sang màu sáng và ngược lại (Hình 2). Vì vậy, điểm nào trên màn hình sẽ luân phiên sáng hoặc tối khi xe di chuyển, tức là các “đèn nháy” sẽ lần lượt xuất hiện. Hơn nữa, số lượng “chớp sáng” bằng số lượng sóng phù hợp dọc theo chiều dài của vật thể bị thay đổi. Thật thuận tiện khi đếm số lượng “chớp nháy” ở điểm trung tâm của hình ảnh giao thoa. Lượng ánh sáng ở trung tâm của mẫu giao thoa được ghi lại bằng bộ tách sóng quang, được kết nối với bộ đếm xung. Bằng cách này, quá trình thay đổi có thể được
Cơm. 2.
6
nhưng tự động hóa. Độ nhạy cao của bộ tách sóng quang cho phép bạn đo chiều dài của vật thể với độ chính xác bằng một phần trăm bước sóng của bức xạ quang học, tức là khoảng m. Nghĩa là, các vật thể dài khoảng một mét có thể được đo với sai số tương đối cỡ .
Bước sóng của chùm tia laze có thể được xác định dễ dàng bằng cách đo chiều dài của cùng một vật thể, đầu tiên sử dụng tiêu chuẩn krypton, sau đó sử dụng tia laze và tính xem số lượng “tia sáng” khác nhau bao nhiêu lần trong trường hợp thứ nhất và thứ hai.
Chúng tôi đã xem xét chi tiết cách đo bước sóng của bức xạ laser. Do thực tế là tiêu chuẩn độ dài - máy đo - dựa trên bước sóng bức xạ từ các nguyên tử krypton trong vùng khả kiến của quang phổ, độ chính xác của phép đo như vậy gần tương ứng với độ chính xác của chính tiêu chuẩn độ dài, nghĩa là bằng . Đây là độ chính xác cao nhất có thể đạt được hiện nay. Chỉ có thể tăng độ chính xác này sau khi đưa ra tiêu chuẩn độ dài mới, chính xác hơn.
Tiêu chuẩn tần số Caesium
Tình huống đo tần số bức xạ laser phức tạp hơn nhiều.
Bức xạ từ maser Caesium, một máy phát lượng tử bức xạ điện từ có bước sóng trong dải sóng vô tuyến, được sử dụng làm chuẩn tần số. Nguyên lý hoạt động của maser Caesium như sau. Nguyên tử xêsi có mô men từ, nghĩa là nó là nam châm nhỏ nhất. Trong điều kiện bình thường, có hai loại nguyên tử Caesium, khác nhau về độ lớn của mô men từ. Nói cách khác, từ trường được tạo ra bởi một nguyên tử thuộc loại này lớn hơn một chút so với từ trường được tạo ra bởi một nguyên tử thuộc loại khác. Nếu những nguyên tử đó được đặt
đặt vào một từ trường (ví dụ, giữa các cực của nam châm), thì cường độ tương tác giữa mômen từ của nguyên tử và từ trường sẽ phụ thuộc, trước hết vào độ lớn của từ trường bên ngoài, và thứ hai, vào độ lớn của mômen từ mà một nguyên tử nhất định có. Lực càng lớn thì thế năng của nguyên tử Caesium càng lớn. Như vậy, trong từ trường, hai loại nguyên tử Caesium sẽ có năng lượng khác nhau. Chúng ta hãy biểu thị những năng lượng này, tùy thuộc vào độ lớn của từ trường bên ngoài, bằng và .
Chúng ta hãy cho các cặp Caesium tiếp xúc với bức xạ điện từ, năng lượng lượng tử của nó bằng hiệu năng lượng :
Khi đó các nguyên tử loại thứ nhất có năng lượng bằng , sau khi hấp thụ lượng tử như vậy, sẽ tăng năng lượng của chúng lên giá trị , tức là chúng sẽ biến thành các nguyên tử thuộc loại khác. Vì sự chênh lệch năng lượng giữa các nguyên tử Caesium ở một giá trị từ trường nhất định bị ảnh hưởng rất yếu bởi các điều kiện bên ngoài, nên bức xạ như vậy có thể được sử dụng làm chuẩn tần số. Nhưng để làm được điều này, bạn cần có khả năng tách các nguyên tử thuộc loại này khỏi các nguyên tử thuộc loại khác. Việc phân loại này có thể thực hiện được bằng cách sử dụng từ trường. Nếu chùm nguyên tử của cả hai loại được truyền qua một từ trường không đồng nhất thì quỹ đạo của các nguyên tử thuộc các loại khác nhau sẽ khác nhau, vì năng lượng tương tác của mô men từ của nguyên tử với từ trường là khác nhau. Một chùm nguyên tử Caesium được sắp xếp theo cách này được chiếu vào một trường điện từ. Nếu tần số dao động của trường tương ứng với độ chênh lệch năng lượng , thì các nguyên tử chuyển sang trạng thái khác, do đó quỹ đạo của chúng trong từ trường không đồng nhất thay đổi.
Giá trị tần số dao động điện từ tại đó xảy ra sự chuyển đổi như vậy có thể được ghi lại bằng một giá trị tương đối
7
giải quyết trật tự . Giá trị này, được xác định ở giá trị cố định nghiêm ngặt của từ trường bên ngoài, bằng 9.192.631.770,0 hertz và theo thỏa thuận, là giai đoạn tần số quốc tế.
Câu hỏi đặt ra: làm thế nào để sử dụng giai đoạn tần số này? Ví dụ, làm thế nào chúng ta có thể kiểm tra độ chính xác của đồng hồ? Rốt cuộc, cơ chế từ tính tạo ra 1-10 dao động mỗi giây và tín hiệu của eton biến đổi là sóng điện từ, cường độ thay đổi khoảng lần mỗi giây. Làm thế nào bạn có thể sử dụng ethon tần số caeser để đo tần số của tia laser có bức xạ truyền qua với tần số cỡ f?
Rõ ràng là việc so sánh tần số cột ở các thang đo khác nhau là một nhiệm vụ khó khăn không hiệu quả, chẳng hạn như đo chính xác khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trăng bằng thước đo. Chỉ có thể đo chính xác bằng cách so sánh các đại lượng ở gần nhau về tỷ lệ. Do đó, để đo tần số của các dao động khác nhau bằng caeser eton, trước hết cần đưa tần số đo được gần với tần số của eton hơn. Hiện tại, bài toán này được giải quyết bằng cách sử dụng kỹ thuật chuyển đổi tần số bức xạ điện từ chưa được sử dụng.
Hệ thống phi tuyến
Chuyển đổi tần số bằng cách nhân nó nhiều lần sẽ xảy ra; ví dụ, khi một dao động hình sin có tần số v nhất định tiếp xúc với một phần tử phi tuyến. Để hiểu phần tử phi tuyến là gì, chúng ta hãy nhớ lại định luật Ohm, liên quan đến điện áp đặt vào một dây dẫn có điện trở và dòng điện chạy qua dây dẫn này: . Nếu đại lượng không phụ thuộc vào dòng điện hoặc điện áp thì nói rằng
dây dẫn nước là một phần tử tuyến tính. Ngược lại, điện trở của các phần tử phi tuyến phụ thuộc vào điện áp đặt vào hoặc dòng điện chạy qua chúng. Ví dụ, điện trở thông thường là phần tử tuyến tính, nhưng diode bán dẫn là phần tử phi tuyến.
Đặc tính quan trọng nhất của bất kỳ hệ thống nào, cả tuyến tính và phi tuyến, là kết nối giữa tín hiệu được cung cấp cho đầu vào của hệ thống đó và tín hiệu quay trở lại đầu ra của nó. Đối với các hệ thống tuyến tính, chỉ có thể thay đổi biên độ tín hiệu với sự phụ thuộc không đổi của cường độ tín hiệu theo thời gian. Bằng cách xác định hệ số tỷ lệ thuận giữa biên độ của tín hiệu và bản chất của tín hiệu đầu vào, chúng ta sẽ xác định duy nhất tín hiệu đầu ra (trong trường hợp điện trở tuyến tính tuân theo định luật Ohm thì hệ số này chính là giá trị điện trở ). Vì bản thân các đặc tính của hệ thống phi tuyến phụ thuộc vào tín hiệu được cung cấp cho đầu vào của chúng, nên hình dạng của tín hiệu đầu ra sẽ không còn lặp lại chính xác hình dạng của tín hiệu được cung cấp cho đầu vào. Để mô tả đầy đủ đặc tính của một hệ phi tuyến, việc chỉ định một hệ số tỷ lệ kết nối độ lớn của tín hiệu đầu vào và đầu ra là không đủ. Cũng cần phải biết sự phụ thuộc của hệ số này vào độ lớn của tín hiệu đầu vào.
Ví dụ: nếu một miếng vật liệu đàn hồi bị kéo căng thì độ dài của nó tăng lên sẽ liên quan đến lực gia cố theo định luật Hooke: . Đối với các giá trị nhỏ của , sự phụ thuộc là tuyến tính, nghĩa là hệ số không phụ thuộc vào và mẫu đang được xem xét là một hệ tuyến tính. Khi lực tác dụng tăng lên, tính tuyến tính bị phá vỡ. Hóa ra ở giá trị lớn , tất cả vật liệu đều trở nên phi tuyến, nghĩa là nó trở nên phụ thuộc đáng kể vào .
Trong số các phần tử phi tuyến, hệ dao động phi tuyến chiếm một vị trí lớn. Một ví dụ điển hình của hệ dao động có tính chất phi tuyến là mặt biển. Trong khi biên độ dao động (trong trường hợp này là chiều cao của sóng)
8
nhỏ thì hình di chúc là hình sin. Khi biên độ dao động đạt đến biên độ đủ lớn, sóng trở nên phi tuyến, nghĩa là hình dạng của chúng được xác định bởi biên độ của chúng - xuất hiện “đôi cánh”. Với biên độ tăng thêm, sóng hoàn toàn mất đi sự giống với hình sin.
Có thể tiếp tục số lượng ví dụ về dao động phi tuyến của các hệ thống tồn tại trong tự nhiên và công nghệ.
Một đặc tính chung của tất cả các phần tử phi tuyến là khả năng làm biến dạng tín hiệu cung cấp cho đầu vào của chúng. Cụ thể, nếu tín hiệu đầu vào có dạng hình sin có tần số thì ở đầu ra nó không còn như vậy nữa. Bằng cách thêm vào đầu vào của bộ chuyển đổi như vậy các dao động không chỉ tần số mà còn cả các sóng hài, tức là các dao động có tần số , , v.v. Do đó, các phần tử còn được gọi là bộ biến tần phi tuyến.
Như một ví dụ về bộ chuyển đổi phi tuyến, hãy xem xét một diode bán dẫn có đặc tính dòng điện-điện áp có thể xấp xỉ bằng một parabol:
trong đó và là một số hằng số. Để hướng cung cấp cho diode thay đổi theo định luật
Sau đó
Do đó, dòng điện qua bộ chuyển đổi đang xét không điều hòa mà là tổng của ba thành phần: một thành phần không đổi, các dao động có tần số cơ bản và các dao động có tần số kép .
Nếu sự phụ thuộc phức tạp hơn và do đó nó phải được biểu diễn bằng số lượng số hạng lớn hơn:
khi đó tín hiệu đầu ra sẽ chứa các thành phố có sóng hài cao hơn (2v, 3v, …, kv).
Một hình ảnh thậm chí còn phức tạp hơn sẽ thu được ở đầu ra nếu nhận được tín hiệu phức tạp hơn tín hiệu hình sin ở đầu vào của hệ thống tuyến tính. Đặc biệt quan tâm là trường hợp tín hiệu đầu vào là tổng của hai tín hiệu hình sin có tần số và . Hóa ra trong trường hợp này, không chỉ các hài của từng tần số xuất hiện ở đầu ra mà còn xuất hiện cái gọi là tần số kết hợp: , v.v. (điều này có thể được hiển thị bằng cách kiểm tra các phép tính tương tự như các phép tính ở trên). Nói chung, tần số kết hợp có thể được biểu diễn như sau: , trong đó và là số nguyên bất kỳ.
Đo tần số laser
Bây giờ chúng ta có thể quay lại phần bài toán cụ thể - cách đo tần số bức xạ laser. Nhưng trước tiên, chúng ta hãy làm quen với nguyên tắc chung của việc đo tần số gần với tần số tham chiếu. Các dao động được nghiên cứu cùng với các dao động tham chiếu được đưa vào bộ chuyển đổi phi tuyến. Như chúng tôi đã nói, nhiều tần số kết hợp khác nhau xuất hiện ở đầu ra, trong đó có tần số , được gọi là tần số binine. Với điều kiện là tần số và gần nhau, tần số binine hóa ra rất nhỏ và có thể được đo bằng các phương pháp thông thường (ví dụ: sử dụng máy hiện sóng). Trong trường hợp này, mặc dù sai số tương đối khi đo tần số dao động bằng máy hiện sóng khá lớn (), nhưng sai số đo tuyệt đối nằm ở mức 1 - 10 . Và vì tần số tham chiếu có giá trị xấp xỉ , nên sai số tương đối khi đo các tần số cao như vậy sẽ là .
Để đo các tần số rất khác so với chuẩn, ngoài chuẩn đích là chuẩn tần số sơ cấp cần phải có một bộ chuẩn thứ cấp.
Các giá trị tần số của các tiêu chuẩn thứ cấp thay đổi trơn tru, giúp có thể đạt được tần số gần hơn và thu được càng ít tần số nhịp càng tốt. Độ chính xác của chất chuẩn thứ cấp không kém hơn độ chính xác của eton đầu tiên, vì chúng liên tục được kiểm tra bằng caesium eton.
Vì vậy, nếu các tần số được so sánh có thang đo khác nhau thì tần số nhỏ hơn sẽ được nâng lên bằng cách nhân lặp lại đến giá trị gần với tần số lớn hơn. Hơn nữa, nếu đại lượng đang nghiên cứu xảy ra với tần số nhỏ hơn eton thì tần số của nó sẽ được nhân lên. Nếu đại lượng đang nghiên cứu có tần số cao hơn, như trong trường hợp bức xạ laser, thì phép nhân phải được thực hiện đối với tần số đó.
Ví dụ: đây là cách đo tần số của tia laser hơi axit hydrocyanic HCN (bước sóng 3,4 × 10⁻² cm, tần số 890.758 Mét). Sử dụng phép biến đổi phi tuyến, bức xạ này được trộn với sóng hài thứ mười hai của tín hiệu phát ra từ máy tạo dao động vi sóng (klystron). Ở đầu ra của phép biến đổi phi tuyến, phát sinh các dao động có tần số chênh lệch bằng 30 kHz. Tần số klystron nằm trong cùng vùng phổ với tần số caesium ethon nên có thể thay đổi trực tiếp. Và khi biết tần số klystron và độ chênh lệch tần số (tần số nhịp), người ta dễ dàng xác định tần số của bức xạ laser.
Sau khi đo tần số của bức xạ laser hơi axit hydrocyanic, người ta có thể đo tần số của bức xạ bước sóng ngắn hơn. Do đó, tần số bức xạ của tia laser hơi nước nặng D₂O đã được đo (bước sóng 8,4·10⁻³ cm, tần số 3.557.143 Mét) gần với mức hài hòa gấp bốn lần của bức xạ của tia laser trước đó (890.758 Mets×4=3.563.032 Mets). Sau đó, tần số của tia laser carbon dioxide được đo.
10
- Lời giải nên tối ưu
Cần tổ chức vận chuyển hàng hóa liên tục từ điểm A đến địa điểm B. Có đủ trọng tải tự động, thực tế không giới hạn đến điểm A, nhưng lượng hàng gửi từ A đến B trong một đơn vị thời gian bị hạn chế do điều kiện đường xá.
Điểm A và B được nối với nhau bằng mạng lưới đường, sơ đồ như hình 1. Số 1 trên sơ đồ này biểu thị điểm xuất phát A, số 5 - điểm đến B, số 2, 3, 4 - điểm trung gian - nút giao đường. Hướng chuyển động được chỉ định bởi các mũi tên. Mỗi đoạn đường có thể đi qua trong một đơn vị thời gian không quá một số tấn hàng hóa nhất định (được xác định bởi chiều rộng của đoạn đường tại điểm hẹp nhất, tính chất của bề mặt, tình trạng của các địa điểm, v.v.). Hãy gọi con số này là dung lượng và giả sử nó được biết đến với từng đoạn của đường dẫn nối một hoặc hai điểm trên sơ đồ của chúng ta.
11
Năng lực của đoạn dẫn từ điểm đến điểm (đoạn ) sẽ được thể hiện qua .
Giả sử rằng chúng ta cố gắng gửi càng nhiều hàng hóa càng tốt trong mỗi đơn vị thời gian từ đến . Tuy nhiên, bạn không nên nghĩ rằng để làm được điều này, bạn cần gửi tấn hàng ngày dọc theo đoạn và tấn dọc theo đoạn : xét cho cùng, có thể do các đoạn khác của tuyến đường không đủ năng lực nên “ùn tắc giao thông” sẽ hình thành tại một số điểm trung gian, do đó giao thông sẽ bị gián đoạn hoặc dừng hẳn. Ví dụ: nếu thì sẽ xảy ra “ùn tắc giao thông” tại giao lộ 2. Điều này có nghĩa là để tổ chức vận chuyển hàng hóa tốt nhất từ đến ), chúng ta cần giải quyết vấn đề bài toán sau: xác định số tấn hàng hóa cần thiết hàng ngày cho mỗi đoạn của mạng lưới đường kết nối các điểm và , để không vượt quá công suất của bất kỳ phần nào của mạng lưới, không để tạo ra một “ùn tắc giao thông” duy nhất tại các điểm trung gian và để số lượng hàng hóa được giao hàng ngày đến được tối đa hóa.
*) Tổ chức cung ứng như vậy được gọi là tối ưu.
Lượng hàng hóa cần vận chuyển qua đoạn hàng ngày (khối lượng vận chuyển) sẽ được ký hiệu là .
Vì vậy, bài toán được đặt. Nhưng làm thế nào để giải quyết nó?
- Lật qua số cũ «Kvant»
Nhìn qua bộ tạp chí «Kvant» năm 1970, trong phần “Mạng và dòng” của M.I. Trong bài báo “Mạng lưới kết hợp và vận chuyển” của Bashmkov, chúng tôi tìm thấy bài toán của mình, chỉ ở những bộ quần áo “giảm giá” hơn một chút.
Hóa ra các sơ đồ gồm các điểm và mũi tên (như trong Hình 1) được gọi là đồ thị có hướng, với các điểm là các đỉnh và các mũi tên là các cạnh của đồ thị. Mỗi cung có một hướng nhất định (do đó có tên là đồ thị có hướng), do đó một trong các điểm nối của nó là điểm đầu, điểm còn lại là điểm cuối cùng; họ cũng nói rằng cung rời khỏi đỉnh ban đầu và đi vào đỉnh cuối cùng. Đỉnh, là đỉnh đầu tiên (cuối cùng) của tất cả các cung được kết nối với nó, được gọi là đầu vào (đầu ra) của đồ thị (trong Hình 1 - đỉnh 1 và 5 tương ứng). Đồ thị có hướng có một đầu vào và một đầu ra là mạng biên (đây là đồ thị trong Hình 1). Các đỉnh truyền tải mạng không phải là đầu vào hoặc đầu ra được gọi là các đỉnh chiếu.
Hãy dừng dòng thuật ngữ này trong một phút và dịch hai thuật ngữ. Tất nhiên, việc thay thế các từ “mạng lưới đường” - “mạng lưới giao thông”, “điểm” - “đỉnh”, “đoạn đường đi” - “vòng cung” không đưa chúng ta đến gần hơn với lời giải. Nhưng hóa ra chúng tôi không đặc biệt quan tâm đến khoảng cách như vậy. Kiên nhẫn hơn một chút, bạn sẽ đi đến công thức nổi tiếng của bài toán trong toán học.
Giá trị yêu cầu của lưu lượng giao thông được gọi là luồng dọc
12
cung và tổng các luồng dọc theo tất cả các cung rời khỏi đầu vào mạng (trong trường hợp của chúng tôi ) là luồng qua mạng. Bây giờ, cuối cùng, bài toán của chúng ta có thể được trao “đồng phục nghi lễ”.
Bài toán về lưu lượng tối đa. Một mạng lưới giao thông được đưa ra và công suất được chỉ định cho từng cung Komori. Cần phải xác định các luồng dọc theo các cung mạng không vượt quá khả năng thông lượng tương ứng, sao cho đối với bất kỳ đỉnh trung gian nào, tổng các luồng dọc theo các cung đến bằng tổng các luồng dọc theo các cung đi (“điều kiện liên tục của luồng”) và sao cho luồng qua mạng là thấp nhất có thể.
Vì vậy, bài toán của chúng tôi là trường hợp đặc biệt bài toán về lưu lượng tối đa (điều kiện liên tục của luồng là điều kiện quen thuộc để không xảy ra ùn tắc giao thông). Sử dụng ký hiệu trên, nó có thể được hình thành như sau:
Tìm luồng tối đa dọc theo các cung, tại đó đạt được giá trị cực đại của luồng qua mạng
(1)
theo các điều kiện sau:
a) xác định công suất hồ quang
(2)
tính liên tục của dòng chảy tại các đỉnh đi qua
(3)
Với luồng ổn định, số lượng hàng hóa xuất khẩu từ lối vào 1 phải bằng số lượng hàng hóa đến lối ra 5 cùng một lúc (nếu không sẽ vi phạm điều kiện liên tục của luồng):
(4)
Vì chúng tôi đã tìm ra công thức bài toán của chúng tôi trong M.I. Bài viết của Bashmkov, việc tìm kiếm lời giải ở đó cũng là điều đương nhiên. Và thực sự, khi đi sâu hơn vào bài đọc, chúng tôi tìm thấy phần trình bày về thuật toán Ford-Folkerson, với sự trợ giúp của nó, bạn có thể xác định tất cả các giá trị của (tuy nhiên, giả sử rằng đây là số nguyên). Chỉ cần kiên nhẫn; Để hiểu thuật toán và có thể áp dụng nó, bạn sẽ phải làm việc chăm chỉ. Sẽ không có gì đáng ngạc nhiên nếu những độc giả không thích tính toán sẽ hỏi vào thời điểm này: liệu có thể làm khác đi không?
- Ôi đầy sự tương tự
Nhìn bên ngoài phương trình (3). Theo một cách nào đó, chúng rất quen thuộc với chúng ta… Bah, nhưng nếu mạng lưới giao thông được coi là một mạch điện và khối lượng vận chuyển là cường độ dòng điện theo các nhánh của mạch, thì phương trình (3) chỉ đơn giản biểu thị định luật Kirchhoff thứ 1 cho các nút trung gian của chuỗi: theo cáo buộc, tổng dòng điện trong một nút bằng 0 (nghĩa là tổng dòng điện chạy vào một nút bằng tổng dòng điện chạy trong một nút từ nút)!
Đúng, sự tương tự này chưa hoàn chỉnh, vì định luật Kirchhoff thường được xây dựng cho một mạch kín và áp dụng cho mọi mạch không đóng, và các điều kiện như (3) không đúng với các nút cực trị 1 và 5. Tuy nhiên, có thể thay đổi bài toán về dòng chảy sao cho ghi nhận được sự phân kỳ của thiết bị. Với mục đích này, chúng tôi sẽ không đưa một cung giới hạn bổ sung vào mạng truyền tải mà sử dụng luồng dọc theo nó bằng , tức là luồng qua mạng. Theo mạng tổng quát thu được, luồng sẽ tạo một đường dẫn khép kín từ lối vào đến lối ra dọc theo một mạng lưới giao thông nhất định, sau đó từ lối ra đến lối vào dọc theo một vòng cung bổ sung.
Khi đó bài toán của chúng ta có thể được phát biểu lại như sau: cũng xác định vận chuyển tổng quát , trong đó
13
Cơm. 2.
chúng tôi truy cập giá trị tối đa (bảy hỗ trợ) theo các hạn chế (2) và các điều kiện (3) và (4) về tính liên tục của luồng ở tất cả các nút:
Kết quả hoàn toàn tương tự với định luật Kirchhoff, và do đó câu hỏi được đặt ra: liệu có thể xây dựng một mô hình điện của mạng lưới giao thông trong đó dòng điện yêu cầu dọc theo các cung sẽ tương ứng với dòng điện trong các nhánh, được xác định trực tiếp bằng phép đo mà không cần bất kỳ tính toán nào không?
Chúng tôi sẽ chỉ ra rằng một mô hình như vậy có thể được xây dựng.
Đương nhiên, các cung của mạng trong mô hình này phải tương ứng với các nhánh của mạch điện và đỉnh phải tương ứng với các nút của mạch.
Quét nó lên. Chúng ta sẽ sử dụng ký hiệu sau: - nguồn dòng điện theo hướng chỉ định, - cường độ dòng điện trong nhánh; — nguồn hướng, — cường độ hướng trong nhánh; là một diode truyền dòng điện theo hướng từ trái sang phải.
Để dòng điện chạy qua mạch điện thì phải có một lực điện nào đó tồn tại trong mạch điện đó. Do đó, trong nhánh bổ sung của mạch, nguồn một chiều
14
Cơm. 4.
Đồng thời, các nút và xuất hiện trong sơ đồ nhánh, không được vận chuyển. Hướng và độ lớn của dòng điện trong nhánh chứa nguồn dòng được thực hiện bởi nguồn này; chiều dòng điện trong nhánh được xác định bởi diode; Chúng ta biểu thị cường độ dòng điện trong đó bằng . Chúng ta biểu thị dòng điện trong nhánh và lần lượt là và ; chiều của các dòng điện này được chỉ ra trên sơ đồ.
Áp dụng định luật Kirchhoff cho:
- tại nút : hoặc theo tính chất của diode , do đó,
(6) - tại nút : , tức là
(7)
Điều này có nghĩa là dọc theo nhánh chính của mạch có một dòng điện theo hướng nhất định (từ nút đến nút ), giá trị của nó lần lượt không vượt quá công suất ; theo quy tắc xây dựng mô hình .
Chúng tôi khẳng định rằng dòng điện , được thiết lập trong các nhánh chính của mô hình vận chuyển điện, bằng về mặt số với khối lượng vận chuyển dọc theo các cung tương ứng và cho lời giải bài toán mức tối đa
15
luồng nom cho mạng này. Trong trường hợp này, dòng điện trong nhánh bổ sung của mô hình bằng với lưu lượng tối đa qua mạng.
Nếu chúng ta chứng minh được điều này, thì mô hình được xây dựng sẽ giải quyết hoàn toàn bài toán của chúng ta: đủ rồi, hãy đưa mô hình vào hoạt động, thay đổi dòng điện trong các nhánh bằng một ampe kế!
- Vì vậy - hãy bắt tay vào làm việc
Để đảm bảo rằng các giá trị số của dòng điện trong các nhánh của mô hình là lưu lượng giao thông cho lời giải bài toán về luồng tối đa, cần phải chứng minh rằng ở các điều kiện (2) và (3) được thỏa mãn và các giá trị luồng trong mạng được lấy là giá trị lớn nhất có thể.
Chúng tôi đã chứng minh không phải phần đầu tiên của tuyên bố này. Trên thực tế, khi viết các bất đẳng thức (6) cho tất cả các nhánh của mô hình , (9), chúng ta thu được điều đó đối với dòng điện điều kiện (2) được thỏa mãn và áp dụng định luật Kirchhoff thứ 1 cho tất cả các nút chính của mô hình, chúng ta thu được năm điều kiện tương ứng (3) cho dòng điện .
Điều này có nghĩa là tất cả những gì còn lại là chứng minh rằng giá trị trong mạch điện là giá trị lớn nhất có thể có của từ thông , phù hợp với điều kiện (2) và (3). Bằng chứng của thực tế này bao gồm hai phần.
- Trước tiên chúng ta hãy chỉ ra rằng với mọi giá trị của biến thỏa mãn điều kiện (2) và (3), thì bất đẳng thức
(11)
trong đó là giá trị số của điện áp trong nhánh và tổng được lấy trên tất cả các nhánh của mạch điện *), nghĩa là, chúng tôi sẽ chỉ ra rằng đối với bất kỳ lưu lượng vận chuyển cho phép nào dọc theo các cung vận chuyển mạng, lưu lượng qua mạng không vượt quá số .
Do bất đẳng thức (2) và tính không âm của (xem (8)), chúng ta có ; kể từ đây,
(12)
Bây giờ chúng ta hãy nhớ rằng , trong đó là các điện thế tương ứng với các nút. Đó là lý do tại sao
Các biểu thức trong ngoặc đơn tại và bằng 0 (xem (3)); khi và bằng và (xem (4)), ; Đó là lý do tại sao
(13)
Xét (12), ta thu được bất đẳng thức cần tìm
(14)
*) Ký hiệu biểu thị tổng các số hạng của loại đang được xem xét, tương ứng với tất cả những gì có thể có đối với một tập hợp các giá trị chỉ mục bài toán cho trước . Trong trường hợp của chúng tôi
16
Cơm. 5.
Điều này có nghĩa là là giá trị cao nhất có thể có của .
Để chứng minh đẳng thức (14), chúng ta sử dụng sự tương ứng (8), mô tả tính chất của một diode lý tưởng:
hoặc .
Nó ngay sau đó
(15)
Vì các dòng điện , thỏa mãn các tương ứng (1), (4) như đối với và , nên
(16)
- Hãy tự mình thử
Từ các phần tử giống nhau (được lý tưởng hóa!)—nguồn dòng điện, nguồn điện áp và điốt—các mô hình điện có thể được xây dựng cho lời giải và các tối ưu hóa bài toán khác liên quan đến mạng lưới giao thông. Chúng ta hãy xem xét ở đây một bài toán như vậy, có ý nghĩa quan trọng hơn trong kinh tế học.
Bài toán về việc giảm thiểu chi phí vận chuyển. Giả sử có một mạng lưới giao thông và người ta biết rằng chi phí vận chuyển một đơn vị hàng hóa dọc theo đường bằng (xem Hình 5). Cần xác định khối lượng vận chuyển bằng đường hàng không
Cơm. 6.
gam của mạng, trong đó 1 đơn vị hàng hóa sẽ được vận chuyển từ đầu vào của mạng đến đầu ra của mạng và tổng chi phí vận chuyển sẽ ở mức tối thiểu.
Vận chuyển đơn vị hàng hóa dọc theo một vòng cung chi phí .
Do đó, tổng chi phí vận chuyển bằng
Cần tìm các giá trị đại lượng sao cho lấy giá trị nhỏ nhất có thể và thỏa mãn điều kiện:
a) tính liên tục của dòng chảy tại các nút trung gian (xem (3));
b) lưu lượng giao thông không âm: ;
c) bằng một đơn vị của tổng lưu lượng qua mạng:
Để xây dựng mô hình điện của mạng truyền tải bài toán này, cần thay thế mỗi cung bằng một nhánh có một diode và một nguồn điện áp mắc nối tiếp, giá trị của nó bằng và đưa một nguồn dòng điện duy nhất vào nhánh bổ sung từ đầu ra đến đầu vào của mạng. Sơ đồ tương ứng được trình bày trong Hình 6.
Nó có thể được chứng minh…
Nhưng đã đến lúc chúng ta phải chấm dứt nó. Bạn đọc quan tâm đến những câu hỏi này có thể thử sức mình giải các bài toán sau
Bài tập
-
Chứng minh rằng dòng điện lắp vào các nhánh của mạch điện như ở Hình 6, cho lời giải bài toán để giảm thiểu chi phí vận chuyển.
-
Chứng minh rằng mọi dòng điện khác 0 dọc theo một nhánh của mạch này nhất thiết phải bằng 1, tức là trên thực tế dòng điện không phân nhánh tại các nút mà đi từ đầu vào đến đầu ra dọc theo một đường dẫn nhất định (“đường đi của chi phí tối thiểu”).
-
Sử dụng bài toán để giảm thiểu chi phí vận chuyển, hãy chỉ ra cách sử dụng mô hình tương tự (Hình 6) để xác định đường đi ngắn nhất dọc theo các cung của mạng lưới giao thông dẫn từ lối vào đến lối ra.
2 Lượng tử số 2
Tại trại huấn luyện năm b
“Hôm nay tôi sẽ chỉ cho bạn một thủ thuật,” thủ lĩnh tiên phong Lena tuyên bố. - Bạn có đồng ý không?
-
Chúng tôi đồng ý! - tiếng nói của học sinh lớp năm vang lên.
-
Bí quyết là gì? - Seryozha hỏi. - Tôi cũng biết thủ thuật kim tiêm…
“Tôi sẽ chỉ cho bạn một thủ thuật số học,” Lena nói. “Mỗi người hãy nghĩ ra một con số.” Đừng nói với tôi,” Lena thông báo. Bây giờ hãy nhân số này với 5. Thêm 4 vào kết quả và nhân đôi số kết quả. Sẵn sàng chưa?
“Bây giờ hãy thêm 99 nữa,” Lena nói, “và mỗi bạn sẽ nhận được một số có ba chữ số.” Chỉ để lại chữ số cuối cùng trong số này và gạch bỏ hai chữ số đầu tiên.
- Ý bạn là gì: gạch bỏ nó? - Yura hỏi.
“Ví dụ: bạn có số 364,” Lena nói. — Nếu gạch bỏ hai chữ số đầu thì chỉ còn lại 4.
“Những gì còn lại,” Lena tiếp tục, “cộng 28 rồi chia cho 5.”
Sonya, người đang ngồi ở bàn cuối cùng, đếm nhanh và cười.
-
Sao cậu lại cười? - Lena hỏi. - Đến đây. “Và cô ấy nói nhỏ vào tai Sonya:
-
Bạn được 7.
“Đúng vậy,” Sonya vui mừng. - Làm sao anh biết được?
- Tôi đã nhận được bao nhiêu? - Seryozha sốt ruột hỏi.
Lena đến gần anh và nói nhỏ:
- Bạn được 7.
Sau đó Lena lần lượt đến gần mọi người và nói với từng người:
- Bạn được 7.
Làm sao Lena có thể biết rằng mọi người đều có bảy?
17
18
Màu sắc nhiễu xạ (cấu trúc) của chim, bướm và bọ cánh cứng rất phổ biến trong tự nhiên. Nhiều sắc thái khác nhau của màu nhiễu xạ là đặc trưng của chim công, gà lôi, cò đen, chim ruồi, bướm vùng nhiệt đới và nhiều loài bọ cánh cứng (trong số đó có bọ cánh cứng, mọt, bọ cánh cứng, v.v.). Màu sắc nhiễu xạ của động vật không chỉ được nghiên cứu bởi các nhà sinh vật học mà còn bởi các nhà vật lý, ví dụ như Rayleigh, Wood, Michelson.
Bề mặt bên ngoài bộ lông của nhiều loài chim và lớp phủ cơ thể phía trên của bướm và bọ cánh cứng được đặc trưng bởi sự lặp lại thường xuyên của các yếu tố cấu trúc với khoảng thời gian từ một đến vài micron. Ở một số động vật, các cấu trúc tương tự có thể bao phủ cơ thể thành nhiều lớp, tạo thành cách tử nhiễu xạ nhiều tầng (thể tích).
Cùng với nhiễu xạ, động vật cũng có thể có màu giao thoa thuần túy, hình thành trên lớp vỏ ngoài mỏng và dày đặc (hình nêm có mặt cắt ngang dọc theo trục đối xứng chính) với độ dày hoạt động quang học từ micron đến vài micron.
Trong Hình 1 và 2, bạn thấy các bức ảnh chụp cánh bướm và lưng của một con bọ lá châu Á (các vùng có màu nhiễu xạ được chọn). Hình 1, 2, 3 được chụp bằng kính hiển vi có độ phóng đại gấp trăm lần. Ánh sáng bên được sử dụng để xác định các yếu tố cấu trúc. Các bức ảnh cho thấy rõ sự lặp lại của các yếu tố cấu trúc.
Màu sắc của bề mặt có thể thay đổi tùy thuộc vào góc mà ánh sáng chiếu vào bề mặt của lưới, cách các tia sáng được định hướng so với các phần tử của cấu trúc và bề mặt được nhìn ở góc nào.
Rõ ràng, màu sắc của bề mặt có liên quan đến sự phản xạ của tia. Hãy xem xét số lượng nhiễu xạ trong ánh sáng phản xạ. Để các tia sáng rơi vào cách tử một góc và phản xạ từ nó một góc (Hình 4). Hiệu đường đi của tia 1 và tia 2 bằng
(1)
hoặc
(2)
Vì đối với cực đại nhiễu xạ (), thì
(3)
Năng lượng rất cao được định vị ở cực đại nhiễu xạ thứ nhất (). Đối với mức tối đa này, giả sử rằng gần với , từ biểu thức (3) chúng ta thu được
(4)
Đặt (trong trường hợp đang xem xét, hiện tượng nhiễu xạ trong ánh sáng phản xạ được quan sát thấy với tia tới xiên) và (khoảng 0,05 rad). Sau đó, ví dụ, với cm bước sóng di-
Cơm. 1.
Cơm. 2
Cơm. 3. Cấu tạo của mắt trung tâm lông đuôi công. Màu sắc của mắt thay đổi tùy thuộc vào cách ánh sáng chiếu vào chúng và chúng ta nhìn chúng ở góc độ nào. (Trong bức ảnh ở bìa trước, đôi mắt này có màu xanh lam.)
của ánh sáng phân mảnh từ phương trình (4) bằng cm.
Giá trị kết quả tương ứng với vùng màu xanh lam của quang phổ. Thông thường, các màu nhiễu xạ trong tự nhiên được quan sát thấy ở màu lục, lam
or blue light. Từ công thức (4), rõ ràng bước sóng phụ thuộc vào góc tới của ánh sáng . Thật vậy, nếu bề mặt được chiếu sáng từ các góc khác nhau, màu sắc có thể thay đổi.
Trong trường hợp cách tử nhiễu xạ nhiều lớp, điều kiện hình thành cực đại nhiễu xạ được mô tả bằng phương trình
trong đó là khoảng cách giữa các lớp mạng liền kề. Phương trình này thu được bằng cách xác định độ chênh lệch đường đi giữa các chùm tia và (Hình 5) và thay thế cho cực đại nhiễu xạ đến .
Giả sử , từ biểu thức (5) ta thu được
Theo đó, nhiễu xạ bởi cấu trúc nhiều lớp có thể xảy ra ở .
Cơm. 4.
Cơm. 5.
2*
19
20
Các tính chất của hình tam giác đã được người Hy Lạp cổ đại nghiên cứu kỹ lưỡng.
Trong cuốn Elements quan trọng của Euclid, người ta đã chứng minh rằng tâm của một đường tròn ngoại tiếp một tam giác là giao điểm của điểm giữa các đường vuông góc với các cạnh của nó.
Archimedes, khi xác định vị trí trọng tâm của một tấm tam giác đồng nhất, đã phát hiện ra rằng nó nằm trên một trong ba đường trung tuyến. Giao điểm các đường trung tuyến của một tam giác gọi là tâm mềm hay tâm tam giác.
Sau đó người ta đã chứng minh được rằng ba đường cao của một tam giác cũng cắt nhau tại một điểm gọi là trực tâm của tam giác đó.
Sự đều đặn về vị trí của ba điểm đáng chú ý này của tam giác - tâm O của đường tròn ngoại tiếp, trọng tâm G và trực tâm H - lần đầu tiên được phát hiện bởi nhà toán học nổi tiếng Leonhard Euler (1707-1783). Trước tiên chúng ta hãy xem xét một trường hợp đặc biệt: tam giác vuông ABC (Hình 1).
O ở giữa cạnh huyền AB là tâm của đường tròn ngoại tiếp nó. Tâm G chia đường trung tuyến CO theo tỉ lệ 2:1 tính từ đỉnh C. Hai chân AC và BC là đường cao của tam giác nên đỉnh C của góc vuông trùng với trực tâm H của tam giác. Do đó, các điểm O, G, H nằm trên cùng một đường thẳng và . Sử dụng phương pháp tọa độ, Euler đã chứng minh rằng có cùng một mối liên hệ giữa ba điểm đã chỉ ra hoặc về một tam giác. Chúng tôi sẽ chứng minh điều này bằng cách sử dụng vectơ và người đọc chỉ cần làm quen với các thao tác đơn giản nhất: cộng vectơ và nhân vectơ với một số.
Phân chia một đoạn trong một mối quan hệ nhất định
Cho A, B và O là các điểm của mặt phẳng và biết điểm G chia đoạn AB theo quan hệ k: (Hình 2). Chúng ta hãy biểu thị vectơ theo các vectơ và . Để làm điều này, chúng ta thay thế biểu thức của tất cả các vectơ thành đẳng thức thông qua , và : . Giải phương trình này cho , ta được
(1)
Ví dụ: nếu G là trung điểm của đoạn thì và .
Định lý về giao điểm của các đường trung tuyến của một tam giác tại một điểm
Ở đây chúng ta thu được một đẳng thức vectơ mà chúng ta sẽ cần sau này.
21
Định lý 1. Các thuốc nhất thời cắt nhau tại một điểm và chia theo tỷ lệ 2:1, tính từ đỉnh, và
(2)
thức ăn - bất kỳ điểm nào trên mặt phẳng hoặc không gian.
Bằng chứng. Chúng ta lấy điểm trên đường trung tuyến của tam giác , được xác định bằng sự tương ứng (Hình 3). Theo công thức (1),
Ở đâu
Bằng cách tính vectơ có điểm cuối tại điểm chia một trong hai đường trung tuyến còn lại của tam giác theo tỷ lệ 2:1 (tính từ đỉnh), chúng ta thu được biểu thức tương tự ở bên phải:
tư thế và điểm trùng với điểm . Do đó, cả ba đường trung tuyến của tam giác cắt nhau tại một điểm , được xác định bằng sự tương ứng (2).
Định lý về đường cao của một tam giác tùy ý
Định lý 2. Các đường cao của tam giác cắt nhau tại một điểm , và
(3)
thức ăn là tâm của đường tròn ngoại tiếp tam giác.
Bằng chứng. Cho là một tam giác không phải là tam giác vuông (Hình 4). Chúng ta hãy tìm tổng của các vectơ và . Vì điều này
22
chúng ta hãy dựng một điểm đối xứng với so với cạnh , sau đó . Sau đó, chúng ta xây dựng điểm , trong đó
và chứng minh rằng điểm là trực tâm của tam giác .
Thật vậy, theo cách xây dựng, đường thẳng và song song, là đường trung trực của đoạn , do đó đường thẳng cũng vuông góc với đường thẳng và điểm nằm ở độ cao của tam giác vẽ từ đỉnh .
Nếu chúng ta lặp lại việc xây dựng, bắt đầu với vectơ và , chúng ta sẽ nhận được cùng một điểm , nhưng cách lập luận tương tự cho thấy rằng bây giờ điểm nằm trên đường cao của tam giác vẽ từ đỉnh . Tương tự, chúng ta thấy rằng điểm nằm trên đường cao vẽ từ đỉnh . Do đó, các đường cao của tam giác cắt nhau tại điểm , được xác định theo hệ thức (3).
Dễ dàng kiểm tra được Định lý 2 cũng đúng với tam giác vuông.
Đường thẳng Euler
Từ Định lý 1 và 2 đã được chứng minh, chúng ta rút ra tính chất các điểm đáng chú ý của một tam giác mà chúng ta quan tâm.
Định lý 3. Tâm của đường tròn ngoại tiếp, tâm và trực tâm của bất kỳ tam giác nào cùng nằm trên một đường thẳng và điểm nằm giữa các điểm , và .
Bằng chứng. Theo Định lý 1
So sánh đẳng thức này với đẳng thức (3), ta thu được
Do đó, các vectơ và , có chung nguồn gốc , nằm ở vị trí
các bà vợ nằm trên cùng một đường thẳng và .
Đường thẳng chứa các điểm , và được gọi là Đường thẳng Euler.
Trong phép đo lập thể, khối đa diện đơn giản nhất - tứ diện (hình chóp tam giác) đóng vai trò tương tự như hình tam giác trong phép đo mặt phẳng. Các tính chất của hình tam giác và hình tứ diện phần lớn giống nhau. Chúng ta hãy thử mở rộng tính chất các điểm đáng chú ý của một tam giác thành một tứ diện.
Hình cầu ngoại tiếp một tứ diện
Người ta biết rằng xung quanh bất kỳ tứ diện nào người ta có thể mô tả một hình cầu, tâm của nó nằm trên đường vuông góc với các mặt của tứ diện, dựng tại tâm của các đường tròn được mô tả xung quanh các mặt.
Các đường trung bình của tứ diện
Đoạn nối đỉnh của tứ diện với trọng tâm của mặt đối diện được gọi là trung tuyến của tứ diện. Tính chất các đường trung tuyến của một tứ diện cũng giống như tính chất của các đường trung tuyến của một tam giác.
Định lý 4. Bốn đường trung tuyến của tứ diện cắt nhau tại một điểm , chia mỗi đường trung tuyến đó theo tỷ lệ , tính từ đỉnh của tứ diện và
trong đó là điểm bất kỳ trong không gian.
Bằng chứng. Chúng ta lấy điểm trên đường trung tuyến của tứ diện , được xác định bởi hệ thức (Hình 5). Theo công thức (1),
Xét rằng trọng tâm của tam giác thỏa mãn hệ thức , ta thu được
23
Bằng cách tính vectơ có điểm cuối tại điểm chia bất kỳ đường trung tuyến nào trong ba đường trung tuyến còn lại của tứ diện theo tỷ lệ (tính từ đỉnh), chúng ta thu được biểu thức tương tự. Điều này có nghĩa là cả bốn đường trung tuyến của tứ diện cắt nhau tại một điểm , thỏa mãn hệ thức (4). Điểm được gọi là trọng tâm (hoặc trọng tâm) của tứ diện.
Chiều cao tứ diện
Các đường cao của tam giác luôn cắt nhau tại một điểm. Bằng cách tương tự, chúng ta có thể giả sử rằng chiều cao của bất kỳ tứ diện nào cũng giao nhau tại một điểm. Tuy nhiên, điều này không đúng.
Ví dụ: hãy xem xét một tứ diện có góc nhị diện vuông ở cạnh , trong đó nhưng (Hình 6). Độ cao và của khối tứ diện lần lượt nằm trên các mặt và , nhưng điểm là giữa , còn thì không. Nếu độ dài của các cạnh và bằng nhau thì đáy và của các chiều cao sẽ trùng nhau, nhưng hai chiều cao còn lại của tứ diện không thể đi qua điểm .
Vì vậy, ngay cả hai chiều cao của một tứ diện cũng có thể không có điểm chung.
Tuy nhiên, cũng có các khối tứ diện, tất cả bốn chiều cao đều giao nhau tại một điểm. Ví dụ: đây sẽ là tứ diện với các góc vuông ở đỉnh . Các cạnh , và là độ cao của nó và đỉnh là trực tâm (điểm giao nhau của cả bốn độ cao).
Chúng ta hãy cố gắng tìm tất cả các tứ diện có chiều cao cắt nhau tại một điểm.
Để các đường cao của tứ diện vẽ từ các đỉnh và cắt nhau tại điểm (Hình 7). Khi đó và tức là đường thẳng vuông góc với hai đường thẳng đó
Cơm. 5.
Cơm. 6.
Cơm. 7.
Cơm. 8.
23
24
cắt nhau bởi một đường thẳng nằm trong mặt phẳng CDH, do đó AB⊥CD. Người ta chứng minh tương tự rằng nếu hai đường cao còn lại của khối tứ diện ABCD đi qua cùng một điểm H thì AC⊥BD và AD⊥BC. Vì vậy, nếu tất cả các chiều cao của một khối tứ diện giao nhau tại một điểm thì các cạnh đối diện của khối tứ diện vuông góc với nhau. Một khối tứ diện như vậy được gọi là trực tâm.
Định lý 5. Nếu các đường cao của khối tera hedron ABCD trực tâm cắt nhau tại một điểm thì các cạnh đối diện của khối tera hedron vuông góc với nhau. Một khối tứ diện như vậy được gọi là trực tâm.
Định lý 5. Nếu các đường cao của khối tera hedron ABCD trực tâm cắt nhau tại một điểm thì các cạnh đối diện của khối tera hedron vuông góc với nhau. Một khối tứ diện như vậy được gọi là trực tâm.
Cho ABCD là một khối tứ diện trực tâm, DG₁ là đường trung tuyến, DH₁ chiều cao của nó (Hình 8). Khi đó G₁ là trọng tâm và H₁ là trực tâm của tam giác ABC (bạn hãy tự chứng minh điều này - đây là nơi sử dụng độ vuông góc của các cạnh đối diện của khối tứ diện) và các điểm O₁ (tâm của đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC), G₁ và H₁ nằm trên cùng một đường thẳng. Lưu ý rằng tâm O của hình cầu ngoại tiếp khối lục giác ABCD nằm trên đường vuông góc với mặt phẳng của tam giác ABC, được phục hồi tại điểm O₁.
Chúng ta sẽ chứng minh định lý tương tự như Định lý 2 cho tam giác: dựng điểm H theo nhiều cách khác nhau thỏa mãn (5).
Đầu tiên, thêm các vectơ , và :
Theo Định lý 1 , do đó hoặc . Các điểm O₁, G₁, H₁ nằm trên đường thẳng Euler của tam giác ABC và . Kể từ đây,
Từ đó suy ra các đường thẳng H₁M và OO₁ song song và vì đường thẳng OO₁ vuông góc với mặt phẳng ABC nên đường thẳng H₁M vuông góc với mặt phẳng này. Do đó, điểm M nằm trên đường thẳng DH₁ (nếu điểm O và O₁ trùng nhau thì điểm M và H₁ cũng trùng nhau).
Giả sử định lý Từ đẳng thức bên trái suy ra điểm H là trung điểm của đoạn DM, tức là điểm H nằm ở độ cao DH₁ của khối tứ diện.
Tương tự, điểm N được dựng: và và người ta chứng minh rằng điểm H nằm trên đường cao của khối tứ diện vẽ từ đỉnh C, v.v.
Do đó, chiều cao của khối tứ diện trực tâm giao nhau tại một điểm H, được xác định bởi (5) tương ứng.
Đường Euler của tứ diện
Định lý 6. cenir O của hình cầu ngoại tiếp, cenirod G và khối tứ diện trực tâm ABCD cùng nằm trên một đường thẳng, hai điểm O và H đối xứng nhau qua điểm G.
Bằng chứng. Theo công thức (4) và (5)
từ đâu . Sự đẳng thức thu được có nghĩa là các điểm O, G, H nằm trên cùng một đường thẳng và các điểm O và H đối xứng với điểm G.
Đường thẳng chứa các điểm , , có thể được gọi là đường thẳng Euler của một tứ diện trực tâm.
Bài tập
Giải bằng cách sử dụng tích vô hướng của vectơ bài toán 1-4.
- a) Chứng minh rằng nếu là tâm của đường tròn ngoại tiếp tam giác và thì là giao điểm các đường cao của tam giác.
b) Chứng minh rằng nếu là tâm của hình cầu ngoại tiếp tứ diện trực tâm và thì là giao điểm của bốn đường cao của tứ diện.
- Chứng minh rằng nếu , , và là bốn điểm tùy ý trong không gian thì
Sử dụng đẳng thức này, chứng minh rằng
a) Ba đường cao của một tam giác cắt nhau tại một điểm;
b) nếu các cạnh đối diện và , và của tứ diện vuông góc thì các cạnh và cũng vuông góc.
- Chứng minh rằng nếu , , , là bốn điểm tùy ý trong không gian thì
Sử dụng đẳng thức này, chứng minh rằng
a) tổng bình phương các đường chéo của hình thang bằng tổng bình phương các cạnh bên của nó cộng với hai lần tích hai đáy;
b) các đường chéo của một tứ giác vuông góc khi và chỉ khi tổng các bình phương của các cạnh đối diện bằng nhau;
c) Để một tứ diện là trực tâm thì điều cần và đủ là tổng các bình phương của các cạnh đối diện của nó bằng nhau.
-
Chứng minh rằng tất cả các góc phẳng tại một đỉnh của tứ diện trực tâm đều là nhọn, vuông hoặc tù và ít nhất một trong các mặt của nó là tam giác nhọn.
-
a) Chứng minh rằng các điểm đối xứng với trực tâm của tam giác so với trung điểm các cạnh của nó, cũng như các điểm đối xứng với trực tâm đối với các đường thẳng , và , đều nằm trên đường tròn ngoại tiếp tam giác này.
b) Gọi lần lượt là trực tâm của tứ diện , và là trọng tâm và trực tâm của mặt , và và các điểm sao cho và . Chứng minh rằng các điểm và nằm trên mặt cầu ngoại tiếp tứ diện này.
- a) Chứng minh rằng trung điểm của ba cạnh, đáy của ba đường cao của tam giác và trung điểm của các đoạn nối trực tâm với ba đỉnh nằm trên cùng một đường tròn và tâm của đường tròn này (gọi là đường tròn mười điểm) nằm trên đường thẳng Euler.
b) Chứng minh rằng trọng tâm của bốn mặt, các đáy của bốn đường cao của tứ giác trực tâm và các điểm phân chia mỗi đoạn thẳng nối trực tâm với các đỉnh, theo tỷ lệ 1:2 (tính từ trực tâm), nằm trên cùng một mặt cầu và tâm của mặt cầu này (gọi là hình cầu mười hai điểm) nằm trên đường thẳng Euler.
- Chứng minh rằng
a) nếu đáy của một trong các đường cao của tứ diện là trực tâm của mặt tương ứng thì tứ diện đó là trực tâm;
b) Đáy của bất kỳ đường cao nào của một tứ diện trực tâm là trực tâm của mặt tương ứng (các tính chất này đã được sử dụng trong chứng minh Định lý 5).
Lỗi ở đâu
“Định lý trực tiếp tương đương với định lý ngược lại,” sinh viên Krestikov nói. — Nếu là một định lý trực tiếp thì cùng với nó định lý là đúng hoặc sai.
— và là gì? - sinh viên Nulikov hỏi.
— Đây là cách biểu thị sự phủ định của phát biểu và .
-
Làm sao bạn biết chúng tương đương nhau?
-
Tôi có thể chứng minh điều đó.
-
Đi nào.
-
Vui lòng. Giả sử định lý đúng và định lý sai. Sau đó ver-
đến Định lý . Từ định lý đúng này và định lý trực tiếp đúng, suy ra . Bạn hiểu rằng điều này không xảy ra! Vì vậy, trên thực tế, Định lý đúng.
“Tôi hiểu rồi,” Nulikov nói.
Họ gặp nhau vào ngày hôm sau.
Nulikov nói: “Tôi đã chứng minh rằng định lý trực tiếp dẫn đến điều ngược lại.
-
Điều này không thể được! Điều đó xảy ra là định lý trực tiếp đúng nhưng điều ngược lại thì không.
-
Và tôi sẽ chứng minh điều đó cho bạn thấy!
-
Hà! Thử!
— Giả sử định lý đúng. Ta cần chứng minh Định lý cũng đúng.
Hãy giả sử nó sai. Vậy định lý đúng, lần trước chính bạn nói đấy. Nhưng Định lý tương đương với nó, nghĩa là nó cũng đúng. Hóa ra hai định lý như vậy đều đúng: và , và điều này thật vô nghĩa. Điều này có nghĩa là Định lý thực sự đúng.
“Tôi không hiểu gì cả,” Krestikov lẩm bẩm.
Nulikov nói: “Tôi cũng lý luận giống như bạn.
Bây giờ hãy trả lời
-
Chứng minh của Krestikov có đúng không?
-
Chứng minh của Nulikov có đúng không?
-
Tuyên bố cuối cùng của Nulikov có đúng không?
TRONG. I. Ryzhik
26
Bài toán
M306 — M310; F318 — F322
M306. Một hình vuông góc (1x1) đã bị xóa khỏi bàn cờ (8×8) (Hình 1). Hỏi có thể cắt được phần còn lại của tấm ván thành bao nhiêu hình tam giác bằng nhau (có diện tích bằng nhau) nhỏ nhất?
V. P. Fedomov
M307. Mặt phẳng được chia thành các phòng hình lục giác giống hệt nhau (Hình 2). Một số bức tường có cửa sao cho đối với bất kỳ đỉnh nào mà tại đó ba bức tường (cạnh của hình lục giác) gặp nhau thì sẽ có cửa ở chính xác hai bức tường. Chứng minh rằng mọi đường đi khép kín đi qua một mê cung như vậy đều đi qua một số cửa chẵn.
V. P. Golubyatnikov
M308. Nếu vì bất kỳ
sau đó cho các số
nhưng bất bình đẳng
.
Chứng minh khẳng định này a) cho ; 6) cho ; c) với mọi tự nhiên.
Yu. I. Ionin
M309. a) Với thì đa thức chia hết cho là bao nhiêu?
6) Ở số
chia hết cho 37?
V. G. Shleifer
M310. Chứng minh rằng trong số chữ số có nhiều hơn những số như vậy có ký hiệu thập phân không có nhóm chữ số nào (cụ thể là không có nhóm chữ số nào) xuất hiện hai lần liên tiếp.
G. A. Gurevii
F318. Tại mức thì điện dung của hệ tụ điện trên Hình 3 bằng: a) ; b) (); b) ?
B. B. Bukhovtsev
F319. Ở khoảng cách tính từ đường thu với tiêu cự
27
đứng có một vật sáng. Độ rọi của ảnh rõ nét của một vật trên màn bằng . Một thấu kính phân kì có tiêu cự -2 được đặt giữa màn và thấu kính . Để thu được hình ảnh rõ nét của vật, màn hình phải được nhìn ở khoảng cách bằng . Xác định độ chiếu sáng của ảnh của vật ở lớp thứ hai.
V. E. Belokukin
F320. Ở trạng thái được bơm, thùng chứa chứa 1 uranium hydrua . Khi đun nóng đến nhiệt độ , hydrua phân hủy hoàn toàn thành uranium (trọng lượng nguyên tử ) và hydro. Tìm áp suất của hydro trong bình ở nhiệt độ này.
F321. Cát mịn được đổ lên MEM nằm ngang. _MEMbrane dao động với tần số trong mặt phẳng thẳng đứng. Biên độ của dao động MEMbrane là bao nhiêu nếu các hạt cát nhảy lên độ cao so với vị trí cân bằng MEMbrane?
F322. Hai ngôi sao quay quanh một khối tâm chung với vận tốc tuyệt đối không đổi và với chu kỳ . Tìm khối lượng của các ngôi sao và khoảng cách giữa chúng.
V. A. Lugovtsov
28
Lời giải bài toán
M268. Ở góc bàn cờ, stosht ftsurra. Con cerok đầu tiên có thể di chuyển nó hai lần liên tiếp như một hiệp sĩ thông thường (hai ô theo một hướng, một ô theo hướng vuông góc) và con thứ hai có thể di chuyển nó một lần với tư cách là một hiệp sĩ với một nước đi kéo dài (ba ô vuông theo một hướng và một ô theo hướng vuông góc). Thế là họ thay phiên nhau. Người đầu tiên cố gắng đặt ftsurra ở góc đối diện, và người thứ hai cố gắng đặt nó vào đó. Cái nào trong số chúng có thể chịu được (kích thước của bảng là , trong đó )?
Hãy để hiệp sĩ đầu tiên ở góc dưới bên trái của bàn cờ. Rõ ràng là người chơi đầu tiên, với nước đi đầu tiên của mình, có thể đưa quân mã ra khỏi góc bàn cờ và đặt nó trên đường chéo (xem Hình 1 - dấu thập màu xanh là kết quả nước đi của người chơi đầu tiên). Hãy để chúng tôi chứng minh rằng người chơi đầu tiên có thể tự mình quay trở lại đường chéo và ngày càng cao hơn.
Để người chơi đầu tiên đặt quân mã lên một ô vuông nào đó trên đường chéo của bàn cờ (Hình 2). Các ô mà người chơi thứ hai có thể di chuyển quân mã từ đường chéo vào được đặt trong Hình 2 với các dấu thập màu đen và đỏ. Từ các ô được đánh dấu bằng chữ thập đỏ, người chơi đầu tiên có thể đưa quân mã về đường chéo của bàn cờ, di chuyển nó lên đúng một ô (theo hướng của góc mong muốn). Từ các ô được đặt bằng các chữ thập màu đen, người chơi đầu tiên cũng có thể đưa hiệp sĩ về đường chéo, nhưng không phải về ô tiếp theo mà là sau một ô. Tuy nhiên, rõ ràng là khi kết thúc trò chơi, người chơi thứ hai sẽ không thể đặt hiệp sĩ vào các ô được đặt bằng các chữ thập màu đen: bàn cờ bị giới hạn và khi một hoặc hai ô vuông vẫn còn ở góc trên, các đường viền trên và bên phải của bàn cờ sẽ bị “cắt” khỏi cấu hình kết quả bởi các ô chữ thập màu đen (Hình 3); người chơi thứ hai sẽ buộc phải bắt đầu đặt hiệp sĩ vào các ô vuông có chữ thập đỏ. Rõ ràng là trong trường hợp này người chơi đầu tiên sẽ đạt được mục tiêu.
I. N. Klumova
M269. Chúng ta hãy biểu thị bằng tổng các tích của các số từ 1 đến . Ví dụ: .
a) Tìm công thức tổng quát của và .
b) Chứng minh rằng được biểu diễn dưới dạng đa thức theo lũy thừa của (với mọi số tự nhiên ).
b) Nêu phương pháp tìm đa thức () và áp dụng để tìm đa thức và .
Ta sẽ chứng minh rằng và lần lượt bằng nhau
Và
(cố gắng chứng minh trực tiếp rằng những số này là số nguyên với mọi số nguyên ), và với mọi , các số là giá trị của đa thức bậc (với hệ số dẫn đầu ), trong đó các số - 1, 0, 1, …, đều có nghiệm.
Nhân tiện xin lưu ý rằng — tổng tích của các số từ 1 đến “từng số một” — bằng
29
Cách đầu tiên. Bạn có thể tìm công thức cho bằng cách sử dụng các công thức phổ biến về tổng lũy thừa của các số tự nhiên:
(ví dụ, xem các bài viết của V. S. Abramovich trong «Kvant» Số 5 năm 1973 và Số 6 năm 1974). Ví dụ, từ đẳng thức
theo đó bằng
(kiểm tra xem , , , ).
Từ sự bình đẳng
theo sau
Dưới đây chúng tôi sẽ chỉ ra cách người ta có thể tìm mà không cần lấy công thức tính tổng lũy thừa.
Công thức tái diễn. Nếu tất cả các số hạng của tổng được chia thành hai nhóm: một nhóm bao gồm các tích bao gồm , nhóm kia bao gồm các phần còn lại, thì sẽ thu được công thức cơ bản sau:
(1)
Cô cùng với một người bình đẳng khác
cho phép bạn xác định một cách nhất quán tất cả các số cho , nếu đã biết. (Lưu ý rằng nếu và là đa thức thì công thức (1) phải được thỏa mãn cho tất cả , chứ không chỉ cho số nguyên lớn hơn ; có được điều này, dễ dàng xác minh rằng phải bằng 0 đối với số nguyên từ đến và tìm các giá trị của cho số nguyên , được chỉ ra trong Bảng 1.) Từ công thức (1) người ta có thể suy ra rằng là đa thức bậc , nếu bên phải là đa thức bậc từ (xem các bài của V. S. Abramovich, đã đề cập ở trên, hoặc bài của V. N. Vaguten trong «Kvant» Số 2, 1972); tuy nhiên, chúng tôi sẽ không chứng minh điều này một cách riêng biệt mà sẽ ngay lập tức thu được công thức cho đa thức .
30
Bảng này hiển thị các số (các số được bao trong khung màu đỏ!
Cách thứ hai. Hãy đặt
(3a)
Chúng ta sẽ coi là đa thức bậc trong . Thật dễ dàng để kiểm tra điều đó cho tất cả
(36)
Lưu ý rằng
(4a)
Giả sử điều đó đối với một số
(46)
và chọn sao cho đa thức (46) và
(5)
đẳng thức (1) được thỏa mãn; vì, theo (36),
(6)
Hơn nữa, theo (4a)
(7)
Lập bảng số và chứng minh rằng
Đẳng thức Posny (2) cho đa thức (5) cũng được thỏa mãn. Theo đó, thực được tính theo công thức (5), trong đó các hệ số được tìm thấy từ các đẳng thức (6), (7).
Theo cách tương tự, người ta có thể bị thuyết phục rằng
(9)
trong đó các hệ số được xác định bởi các điều kiện
(10)
31
Mặc dù công thức (10) cho các hệ số kém thuận tiện hơn (6) cho , nhưng bản thân các số này nhỏ hơn một chút, do đó từ công thức (9) sẽ thuận tiện hơn khi thu được và ở dạng chúng được biểu thị ở đầu lời giải. Ví dụ: tìm số và sử dụng sự tương ứng (3), ta có
Công thức của được biến đổi theo cách hoàn toàn tương tự.
Các số khá phổ biến trong các bài toán tổ hợp và đại số khác nhau; biến mất hoàn toàn khỏi chúng với dấu của số và có một cái tên đặc biệt: Số Stirling.
Ví dụ, ứng dụng của những con số này và sự đồng nhất kết nối chúng được mô tả trong cuốn sách “Giới thiệu về phân tích tổ hợp” của J. Riordan (M., IL, 1963).
◆
Trước hết, cần làm rõ các điều kiện: các hợp âm và phải không đều (trong trường hợp này, vị trí của các điểm và được xác định duy nhất), và các đường và cũng không đều (chúng ta biểu thị điểm giao nhau của chúng là ).
Đầu tiên chúng ta chứng minh rằng đường thẳng đi qua tâm đường tròn. Để điểm di chuyển đều dọc theo đường thẳng ; Chúng ta hãy biểu thị bằng vị trí của nó tại thời điểm đến và —các hình chiếu của điểm lần lượt lên các đường và . Ta chọn gốc và đơn vị thời gian sao cho , ; sau đó , , , . Rõ ràng là mỗi điểm và được số hóa thống nhất dọc theo đường thẳng của chính nó.
Tại , điểm và rơi vào trung điểm của các đoạn và , do đó, điểm rơi vào tâm đường tròn - giao điểm của các đường vuông góc với dây và , được phục hồi tại trung điểm của chúng.
Bây giờ chúng ta chứng minh rằng đường thẳng đi qua điểm . Đối với bất kỳ vị trí nào của các điểm , , và trên đường tròn, các tam giác và đều giống nhau (ở hai góc) và đỉnh tương ứng với đỉnh , đỉnh tương ứng với đỉnh . Rõ ràng là dưới phép biến đổi tương tự lấy đến , mỗi điểm chiếu tới điểm (có cùng giá trị ). Nhưng đáy của chiều cao của tam giác trong trường hợp này đi vào đáy của chiều cao của tam giác , nghĩa là, đối với một số đồng thời và , do đó, .
N. B. Vasiliev
◆
Hãy chứng minh rằng sự sắp xếp cần thiết là có thể thực hiện được.
Nếu số nguyên bằng các số nguyên và thì là số chẵn, do đó các số và có cùng tính chẵn lẻ, tức là chúng chẵn hoặc lẻ. Do đó, nếu sắp xếp các số 1, 2, …, sao cho tất cả các số chẵn đứng trước, sau đó đến tất cả các số lẻ thì số có thể bằng ta được ta đứng ở vị trí khác nhau
32
các cạnh của các số và chỉ khi cả ba số này có cùng tính chẵn lẻ. Như vậy, vẫn còn phải chứng minh rằng cả các số chẵn từ 1 đến và các số lẻ đều có thể được sắp xếp theo cách yêu cầu.
Nhưng dễ hiểu là các số 2, 4, 6 đều có vị trí. . ., hoặc các số 1, 3, 5, . . ., có thể theo thứ tự như các số 1, 2, . . ., . Thật vậy, nếu hoặc thì .
Như vậy, bài toán được rút gọn thành thứ tự các số 1, 2, . . ., ( nếu là số chẵn và nếu là số lẻ). Vì mệnh đề đang được chứng minh là đúng với nên nó đúng với mọi tự nhiên và tuân theo nguyên lý quy nạp toán học.
Lý luận trên đưa ra một cách cụ thể để xây dựng cách sắp xếp cần thiết của các số 1, 2,… . ., . Ví dụ: chúng tôi sẽ thực hiện việc xây dựng như vậy cho .
1
2 1
4 2 3 1
8 4 6 2 7 3 5 1
16 8 12 4 14 6 10 2 15 7 11 3 13 5 9 1
M272. Cho hai đường tròn bán kính và , tiếp tuyến ngoài. Xây dựng các ranh giới ABCD khác nhau sao cho mỗi vòng tròn tiếp xúc với các cạnh bên chung và cùng một vùng tính từ đáy của các ranh giới. Tìm độ dài cạnh AB ngắn nhất có thể.
Cơm. 4.
Không mất tính tổng quát, chúng ta có thể giả sử rằng (nếu thì hình thang ABCD trở thành hình chữ nhật có cạnh AB bằng ). Tâm của hình tròn có bán kính được ký hiệu là và tâm của hình tròn có bán kính được ký hiệu là . Ngoài ra, chúng ta giả sử đường tròn tiếp xúc với đáy AD và đường tròn tiếp xúc với đáy BC. Đặt là tiếp tuyến chung ngoài của các đường tròn này (điểm nằm trên đường tròn và điểm nằm trên đường tròn , xem Hình 1). Dễ dàng tính được độ dài của đoạn bằng .
Chúng ta hãy vẽ các đoạn và trên đường thẳng bên ngoài đoạn và tìm xem sự tương ứng giữa độ dài của các đoạn này là tiếp tuyến với đường tròn (khác với ) song song với tiếp tuyến với đường tròn (khác với ).
Các tiếp tuyến này song song với điều kiện tổng các góc và bằng , tức là và bù nhau thành một góc vuông. Điều kiện cuối cùng có nghĩa là sự bằng nhau của các góc và và do đó, tỷ lệ
Bằng cách đặt , , điều kiện để các tiếp tuyến song song và có thể được viết như sau: . Độ dài của đoạn trong trường hợp này bằng .
Nếu thỏa mãn điều kiện song song thì ký hiệu và là giao điểm của tiếp tuyến ngoài thứ hai và với các đường thẳng song song và , ta thu được hình thang ABCD thỏa mãn
33
Thỏa mãn điều kiện bài toán. Tuy nhiên, tuyên bố này có vẻ khó hiểu khi nhìn vào Hình 4, cần phải được làm rõ. Nhìn vào Hình 5. Nếu số quá lớn, bạn sẽ không thể có được hình thang. Rõ ràng số phải nhỏ hơn độ dài của đoạn trong Hình 6. Chứng minh rằng .
Vì vậy, vẫn còn phải giải quyết bài toán sau: tìm giá trị nhỏ nhất của hàm trên khoảng . Thay vì hàm này, chúng ta có thể lấy hàm , đồ thị của hàm này (tại ) được hiển thị trong Hình 7. Nó tiêu diệt ở và trả về ở (chứng minh điều này). Do đó, nếu thì giá trị nhỏ nhất của độ dài cạnh là . Nếu thì hàm không có giá trị nhỏ nhất trên khoảng .
Bất đẳng thức tương đương với việc dịch . Do đó, nếu , mức tối thiểu loại trừ là , nhưng nếu , giá trị tối thiểu không tồn tại: độ dài của cạnh có thể nhận bất kỳ giá trị nào lớn hơn , nhưng bản thân giá trị này không đạt tới.
Yu. I. Ionin.
Để đơn giản, chúng ta sẽ giả sử rằng tốc độ của vệ tinh thay đổi trong một khoảng thời gian rất ngắn (nhỏ so với chu kỳ quay của vệ tinh trên quỹ đạo tròn). Khoảng cách tối thiểu từ bề mặt Trái đất đến quỹ đạo hình elip bằng bán kính quỹ đạo tròn ban đầu, tức là cả hai quỹ đạo vệ tinh đều có một điểm chung (điểm trong Hình 8), tại đó tốc độ của vệ tinh thay đổi. Chúng ta hãy tìm tốc độ và của vệ tinh tại thời điểm này theo quỹ đạo hình tròn và hình elip, sau đó là sự thay đổi tốc độ .
Đầu tiên, chúng ta xác định tốc độ của vệ tinh khi chuyển động theo quỹ đạo tròn. Vì gia tốc hướng tâm ( là bán kính Trái đất) được truyền tới vệ tinh bởi lực hấp dẫn là khối lượng của Trái đất, là khối lượng của vệ tinh), nên theo định luật II của Newton, . Từ đẳng thức này chúng ta có thể trực tiếp tìm thấy,
34
Để xác định tốc độ của vệ tinh khi nó chuyển động theo quỹ đạo elip ở độ cao so với Trái Đất, chúng ta sử dụng định luật bảo toàn năng lượng và định luật Kepler III*). Từ sự tương tự giữa trường hấp dẫn và trường tĩnh điện, chúng ta có thể kết luận rằng tại thời điểm vệ tinh ở khoảng cách so với Trái đất, nó có thế năng là . Ngoài ra, vệ tinh có động năng . Ở độ cao tính từ Trái đất, vệ tinh có thế năng và động năng , trong đó là tốc độ của vệ tinh ở độ cao . Theo định luật bảo toàn năng lượng,
Theo định luật thứ hai của Kepler, diện tích được quét bởi vectơ bán kính của vệ tinh trong những khoảng thời gian bằng nhau là bằng nhau. Trong Hình 8 đây là diện tích của các hình được tô bóng. Nếu khoảng thời gian nhỏ thì tốc độ của vệ tinh lớn hơn điểm 1 và 2 có thể được coi là không đổi. Sau đó, thay vì xem xét các cung, chúng ta có thể xem xét các tam giác đều tương ứng. Chúng ta hãy viết ra sự bằng nhau về diện tích của chúng:
Từ hai đẳng thức cuối cùng ta tìm được
Sau đó, sự thay đổi tốc độ vệ tinh
Bây giờ chúng ta hãy xác định chu kỳ của vòng quay của vệ tinh theo quỹ đạo hình elip. Theo định luật Kepler III, tỉ số bình phương chu kỳ quỹ đạo của vệ tinh bằng tỉ số lập phương của bán trục lớn các quỹ đạo của nó. Đó là lý do tại sao
trong đó là chu kỳ quay của vệ tinh theo quỹ đạo tròn có bán kính . Kể từ đây,
*) Ví dụ, xem bài viết của E. P. Kuznetsov “Không gian bài toán trong kỳ thi tuyển sinh”, «Kvant», 1974, số 11.
35
F279. Hình trụ làm bằng vật liệu không nóng chảy dẫn điện được chia bằng vách ngăn không nóng chảy thành hai phần, thể tích là và . Phần thứ nhất chứa khí ở nhiệt độ dưới áp suất . Phần thứ hai chứa cùng một loại khí, nhưng ở nhiệt độ và dưới áp suất . Nhiệt độ khí sẽ được thiết lập trong xi lanh nếu vách ngăn được loại bỏ?
Vì thành của hình trụ được làm bằng vật liệu không rắn dẫn điện nên bất kể quá trình nào xảy ra với chất khí trong hình trụ khi nó chuyển động, nó đều tuân theo định luật bảo toàn năng lượng.
Ở đây là nhiệt dung riêng của khí, và là khối lượng của khí tương ứng ở phần thứ nhất và thứ hai của hình trụ, và là nhiệt độ được thiết lập trong hình trụ sau khi xảy ra trạng thái cân bằng. Từ công thức này (phương trình cân bằng nhiệt), sau khi biến đổi đơn giản, ta thu được
Tỷ lệ không khó tìm được bằng cách hoàn thành phương trình trạng thái khí. Đối với phần khí ở phần hình trụ trước khi tháo vách ngăn ra, ta có thể viết
Chia đẳng thức thứ nhất cho đẳng thức thứ hai, ta được
Rồi cuối cùng
F280. Nguồn sáng cách vật một khoảng 3a có tiêu cự . Độ sáng trung bình của một điểm trên màn, nằm cách vạch 1,5 a, thay đổi bao nhiêu lần nếu đặt một tấm kính phẳng 0,5 a giữa vạch và nguồn? Chiết suất của thủy tinh là .
36
Chúng ta hãy tìm riêng độ chiếu sáng trong trường hợp thứ nhất và thứ hai, sau đó là tỷ lệ của chúng.
Trong trường hợp đầu tiên, nguồn nằm ở khoảng cách so với đường dây. Từ công thức thấu kính , chúng ta thấy rằng ảnh nguồn nằm cách đường thẳng một khoảng , tức là nằm chính xác trên màn hình.
Giả sử diện tích nguồn nhỏ và bằng (kích thước thực tế của nguồn phải nhỏ so với khoảng cách từ nó đến đường thẳng, vì sử dụng công thức thấu kính, chúng ta chỉ xét các tia gần trục quang chính). Sau đó, chúng ta có thể giả sử rằng quang thông, được biểu thị bằng đơn vị diện tích nguồn theo một góc khối đơn vị - hãy ký hiệu nó là - là một giá trị không đổi. Do đó, quang thông rơi trên đường thẳng tính từ nguồn, trong đó là góc đặc mà tại đó nhìn thấy được đường của các điểm nguồn. Góc được đo bằng tỷ lệ ( là diện tích của đường thẳng, là khoảng cách từ đường thẳng đến nguồn). Dòng ánh sáng này sau khi thấu kính chạm vào màn hình. Vùng hình ảnh trên màn hình có liên quan đến vùng nguồn là , tức là
Khi đó độ sáng màn hình trong trường hợp đầu tiên bằng
Sau khi một tấm phẳng ngang được đặt giữa nguồn và thấu kính, ảnh của nguồn do tấm đó mang lại sẽ trở thành nguồn cho thấu kính. Hãy tìm vị trí của hình ảnh này (khoảng cách trong Hình 9).
Ví dụ, để làm điều này, chúng ta sẽ xây dựng đường đi của hai tia xuất phát từ điểm của nguồn. Để một tia vuông góc với tấm và tia thứ hai tạo thành một góc nhỏ với tia thứ nhất. Từ tam giác đoạn bằng
Ở phía bên kia,
Kể từ đây,
Do đó . Vì các góc và nhỏ nên và . Do đó, ảnh của nguồn do tấm cho trước có khoảng cách .
37
Trong trường hợp này, kích thước của hình ảnh giống với kích thước của nguồn (xem Hình 9). Quang thông tới thấu kính từ nguồn mới này là .
Bây giờ, từ công thức thấu kính, hãy tìm vị trí ảnh của nguồn này:
Rõ ràng là trên màn hình không có hình ảnh rõ ràng mà trên màn hình có một điểm mờ. Tuy nhiên, vì đối với kính nằm trong khoảng từ 1,5 đến 2 nên nhận các giá trị từ 1,54 a đến 1,57 a. Đây là ảnh nằm cách màn một khoảng 0,05 a. Khoảng cách này nhỏ so với khoảng cách 1,5 a từ màn đến thấu kính. Ngoài ra, kích thước của vật và đường kính của thấu kính cũng nhỏ (lưu ý một lần nữa rằng chúng ta chỉ đang xem xét các chùm tia đồng trục hẹp). Do đó, chúng ta có thể giả định rằng kích thước của một hình ảnh rõ ràng không khác với kích thước của điểm trên màn hình (Hình 10) và .
Khi đó màn hình chiếu sáng trong trường hợp này bằng
và tỷ lệ chiếu sáng
Ban đầu, hiệu điện thế giữa các bản của tụ điện là , và điện tích của tụ điện là . Sau khi đóng chìa khóa, dòng điện sẽ chạy qua mạch và hiệu điện thế giữa các bản tụ (hiệu điện thế giữa các điểm và ) sẽ bằng , trong đó là dòng điện chạy qua mạch. Hãy tìm dòng điện này.
Từ đặc tính dòng điện của diode, suy ra rằng khi dòng điện chạy qua diode thì điện áp chạy qua nó luôn bằng . Hãy viết định luật Ohm cho mạch hoàn chỉnh:
Từ đây
Khi đó, sau khi đóng chìa khóa, hiệu điện thế giữa các bản tụ sẽ bằng
*) Trong «Kvant» số 6 năm 1974, trong điều kiện bài toán F281 có một lỗi đánh máy.
38
và phí của nó
Do đó, điện tích của tụ điện sẽ thay đổi một lượng
F282. Tên là tần số dao động “đối xứng” của hệ như trên Hình 12, a. Khối lượng của các quả cầu là m, hệ số đàn hồi của lò xo là k.
Trước hết, hãy tìm lực tác dụng lên mỗi quả bóng khi nó được trộn từ vị trí cân bằng (Hình 12, 6). Chúng ta hãy biểu thị khoảng cách ban đầu của quả bóng đến tâm của hệ (điểm O) là , khoảng cách mới là , độ dịch chuyển của quả bóng so với vị trí cân bằng là , chiều dài ban đầu của lò xo là , chiều dài của nó ở trạng thái giãn là và sự thay đổi độ dài của lò xo là .
Cơm. 12.
Như có thể thấy trong Hình 12, 6,
Khi đó mỗi lò xo khi trộn các viên bi sẽ bị giãn ra một lượng
Do đó, mỗi quả bóng sẽ chịu tác dụng của hai lực có độ lớn tuyệt đối từ phía lò xo: .
Lực bằng nhau của các lực này hướng về vị trí cân bằng của quả bóng và bằng giá trị tuyệt đối (Hình 12, 6) , tức là tỷ lệ thuận với độ dịch chuyển của quả bóng khỏi vị trí cân bằng. Điều này có nghĩa là hệ tương đương với một hệ gồm ba nam châm lò xo thông thường được nối tại điểm O và mỗi nam châm có độ cứng . Do đó, tần số dao động của hệ sẽ bằng
F283. Các quả cầu tích điện có cùng khối lượng, đặt cách nhau một khoảng l, âm
Các quả bóng di chuyển ra xa nhau dưới tác dụng của lực đẩy điện F, bằng (trong hệ đơn vị SGSE)
trong đó là điện tích của mỗi quả bóng, là khoảng cách
39
(không có tốc độ ban đầu). Sau t giây, khoảng cách giữa chúng được thông báo. Sau bao lâu sẽ biết được khoảng cách giữa các quả bóng nếu chúng được thả từ khoảng cách 3l?
Để thay đổi theo giá trị . thì độ dịch chuyển của mỗi quả bóng trong trường hợp đầu tiên () là , và trong trường hợp thứ hai () là . Tỉ số chuyển động của quả bóng bằng
Bây giờ hãy so sánh tốc độ trung bình của các quả bóng. Để làm điều này, chúng ta sẽ sử dụng định luật bảo toàn năng lượng. Tại thời điểm ban đầu, các quả bóng chỉ có thế năng tương tác điện (trong hệ thống SGSE). Tại thời điểm khoảng cách giữa các quả bóng là thì chúng có thế năng và động năng (m là khối lượng của quả bóng). Theo định luật bảo toàn năng lượng . Từ đây
Chúng ta thấy rằng với cùng một độ dịch chuyển tương đối thì tốc độ của quả bóng trong trường hợp đầu tiên lớn hơn lần tốc độ của quả bóng trong trường hợp thứ hai.
Rõ ràng là khi thay đổi theo giá trị thì tốc độ trung bình của các quả bóng sẽ chênh lệch lần: .
Thời gian cần thiết để di chuyển đến trong trường hợp đầu tiên và đến trong trường hợp thứ hai lần lượt bằng nhau
Từ đây
nghĩa là, đối với bất kỳ thay đổi nào về giá trị , thời gian chuyển động trong trường hợp đầu tiên lớn hơn lần thời gian chuyển động trong trường hợp thứ hai.
Vì vậy, khi khoảng cách giữa các quả bóng
40
Đầu tiên, xét trường hợp tấm rơi thẳng đứng xuống dưới với vận tốc không đổi . Các electron rơi cùng với tấm bị tác dụng bởi từ trường bởi lực Lorentz (Hình 13) (e là điện tích của electron). Kết quả là các electron sẽ trộn lẫn về phía bên phải của tấm. Sự phân bố lại các electron bên trong tấm dẫn đến xuất hiện một điện trường hướng từ trái sang phải (xem Hình 13). Sự trộn lẫn các electron sẽ xảy ra cho đến khi lực Lorentz bên trái cân bằng với lực tác dụng từ điện trường: , hoặc . Do đó tính định hướng của điện trường .
Vì độ dày của tấm nhỏ hơn nhiều so với bán kính của nó nên điện trường bên trong tấm có thể được coi là đồng đều (có thể bỏ qua hiệu ứng cạnh). Điều này có nghĩa là bản tụ có thể được coi là một tụ điện phẳng, giữa các bản có hiệu điện thế là , điện tích của nó bằng
( là diện tích của tấm).
Điện tích này phụ thuộc vào tốc độ của tấm. Khi tấm chuyển động với một gia tốc nào đó, cùng với tốc độ của tấm theo thời gian, các điện tích ở hai bên của tấm cũng sẽ thay đổi. Do đó, khi tốc độ của tấm thay đổi sẽ xuất hiện một dòng điện trong đó
trong đó là gia tốc của tấm. Tuy nhiên, như chúng ta đã biết, một lực tác dụng lên một dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường và hướng thẳng đứng lên trên. Vì vậy, ngoài lực hấp dẫn, một lực cũng sẽ tác dụng lên tấm kim loại khi nó rơi khỏi từ trường. Hãy viết phương trình chuyển động của tấm:
hoặc .
Từ đây
Tôi. Sh. Slobodetsky
Kết thúc danh sách. Để bắt đầu, hãy xem «Kvant» Số 1, 1975.
B. Umurzakov (Kiz, vùng Alma-Ata) 63; F. Shakurova (Kazan) 56, 59; S. Shatashvili Tbilisi) 58, 63; E. Sheftel (Chernigov) 58, 59; A. Shigel (Moscow) 63, 64; G. Shmelev (Yaroslavl) 56, 58, 59, 61 - 63, 65; N. Shmyrin (Giám đốc vùng Sverdlovsk) 63; V. Shpakovsky (Pinks, vùng Brest) 56, 62, 65; A. Shulman (Kyiv) 62 - 65; A. Shushkov (Leningrad) 63; I. Yunus (Kharkov) 56 - 59, 61 - 65; B. Yusin (Moscow) 56 - 59, 61 - 65; M. Yanikova (Moscow) 63; B. Yatsalo (làng Morochno, vùng Rivne) 64.
lời giải bài toán F267—F277 chính xác được gửi bởi những độc giả sau (số in đậm là hai chữ số cuối của số bài toán): X. Abdullin (Alma-Ata) 72; N. Agladze (Tbilisi) 73, 75, 77; D. Azov (Chelyabinsk) 72; G. Aizin (Brest) 72, 77; R. Akbarov (Andijan) 68, 70—73, 75, 76; S. Aktersev (Magnitogorsk) 68, 70-72; A. Alexandrin (Valuiki) 67, 68, 70; A. Alekseev (Smolensk) 72; Y. Annamuradov (Bayram-Ali) 72; M. Aronov (Volodarsk) 68, 70, 71; Sh. Atabaev (n/o Naiman, vùng Khorezm) 68; I. Babakulov (Katta-Kurgan, vùng Samarkand) 75; R. Babchannik (làng Manoma - 65 km vùng Khabarovsk) 68; V. Bakurov (Novosibirsk) 67; S. Balashov (Moscow) 75, 77; R. Basyrov (làng N. Karakityany TASSR) 67, 68, 70, 73, 76; G. Bezhiashvili (Rustavi) 73, 75; V. Belousov (Moscow) 67; Yu. Belsky (Brest) 71, 72; Z. Bendukidze (Tbilisi) 70; V. Benkhan (Kalinin) 70, 75; U. Bedzhiev (Karachaevsk) 67, 68, 70-72; M. Birman (Saratov) 68, 70; M. Biktimirov (Leninsk) 73, 77; Yu. Bogomolov (Kazan) 68, 70, 72—74, 77; S. Bodrov (Reutov) 67, 68, 71, 72; V. Borisov (Voronezh) 68, 73; V. Boryu (Zaporozhye) 68-71, 73, 75; S. Bostanova (Karachaevsk) 67, 68, 70-72; S. Burin (Borovsk) 72; A. Vakulenko (Moscow) 68, 70, 71; V. Vinogradov (Vladivostok) 68; I. Vinokurov (Moscow) 68, 71; I. Vinyar (Orhei) 68; A. Volkov (Chelyabinsk) 72, 73; V. Volchkov (làng Zalegoshch, vùng Oryol) 67; I. Voronin (Dnepropetrovsk) 73; V. Galunov (Frunze) 68; I. Galinnikov (Volgograd) 68, 71-73, 75; V. Gasilov (Yaroslavl) 68, 70; M. Gedalin (Tbilisi) 67, 75, 77; S. Hertz (Khust) 68, 72; B. Goberman (Baku) 70; A. Govyada (Kyiv) 67; I. Goldovsky (Bryansk) 68, 71, 73—75, 77; E. Đói (Pinsk) 68, 71-73; A. Goncharov (Voronezh) 73-75; E. Gorbaty (Odessa) 68, 70, 72, 74-77; A. Gorder (làng Uren, vùng Gorky) 75, 77; S. Gorishny (Taganrog) 68, 70, 73-75; A. Grigoriev (Grozny) 73; S. Grigoriev (Essentuki) 68, 73; S. Grodsky (Korsun-Shevchenkovsky) 73; V. Gryazev (Kokchetav) 68, 72; E. Gubanov (làng Vostrykovo, vùng Matxcơva) 70, 72; E. Gugel (Dnepropetrovsk) 68; O. Gudkova (Odessa) 72; M. Gumamyan (Yerevan) 76;
E. Demikhov (Usman) 68, 73; U. Jumaniyazov (huyện Khazarasp, vùng Khorezm) 68; Yu. Dokuchaev (Leningrad) 67-76; V. Dorokhov (Donetsk) 67; A. Drobinin (Evpatoria) 68, 70, 71, 75-77; N. Dubrovsky (Omsk) 69, 70; V. Zhuk (Grozny) 70; E. Zhukov (Volgodonsk, vùng Tselinograd) 68, 72; I. Zavertkin (Orsk) 70, 72, 75, 76; P. Zolotarev (Tashkent) 67, 73, 75-77; V. Zosimov (Elista) 71, 72, 74, 75; F. Ibragimov (Krivoy Rog) 72; V. Ivashchuk (Kyiv) 67, 68, 70—75, 77; T. Ivanova (Moscow) 68; A. Ivliev (Moscow) 67, 68, 70; A. Izmailov (Baku) 68, 70-72; A. Imernishvili (Tbilisi) 72; N. Imranov (Baku) 68; I. Iovik (Magnitogorsk) 68, 70, 73, 75; A. Kazarova (Yerevan) 76; A. Karnaukh (Belgorod) 68, 70, 72, 73-75; A. Kapivets (Karpinsk) 68; V. Karpukhov (Chelyabinsk) 73, 75, 76; A. Karyakin (Saran) 73; B. Katsman (Mytishchi) 67, 70, 72, 73; G. Kvinikadze (Tbilisi) 68, 72; A. Kerentsov (Bugulma TASSR) 72; L. Klimenko (Moscow) 73; A. Klochko (Zhukovsky) 68, 70, 71, 73, 75, 76; N. Kobyletsky (Baku) 71; Vâng. Kogan (Glazov) 68, 71-74, 77; R. Kozak (Vinnitsa) 68, 70, 71, 73, 75; S. Kolobzarova (Volsk) 68; A. Kolost (Voronezh) 68, 70; A. Kolyuchkin (Simferopol) 68, 71; S. Kolyada (Kyiv) 68, 75; V. Komarov (Achinsk) 72; A. Kopnov (Novocherkassk) 73, 76, 77; S. Kopylovsky (làng Znob-Novgorodskoe, vùng Sumy) 67, 68, 70-75, 77; G. Tàu (Lviv) 77; I. Koreshkin (làng Oster, vùng Smolensk) 71; M. Krol (Pavlovo) 73, 74; A. Krokhin (Kharkov) 73, 75; A. Kulikovsky (Moscow) 68, 72; V. Kutsenko (Kamyshin, vùng Volgograd) 76; I. Lazurcak (Truskavets) 68; V. Lalekin (Gagarin, vùng Smolensk) 68, 70-72; V. Levitas (Kyiv) 72, 77; A. Lekchinov (Shakhty) 73, 75; Yu. Listov (Kazan) 68—70, 72; A. Lopatenko (Dnepropetrovsk) 73, 75, 77; S. Lyapin (Petrikov) 67, 73; S. Magomedov (làng Kubra DagASSR) 70; I. Maykhruk (làng Belobozhnitsa, vùng Ternopil) 70, 71, 73, 75, 77; V. Malov (Tashkent) 77; V. Mamed-Zadeh (Baku) 68; S. Matveenko (Moscow) 68—70, 72, 73, 75, 77; G. Mats (Novosibirsk) 76; V. Melekhov (Kirovo-Chepetsky, vùng Kirovograd) 68; S. Melnik (Kharkov) 68, 70-77; A. Menzhiliy (ga Staromlinskaya, vùng Krasnodar) 68; A. Morozov (Novosibirsk) 75, 77; A. Morozovsky (Kyiv) 72, 77; A. Nabatchikov (Kursk) 70, 73; V. Nazargulov (Sterlitamak) 75; K. Nikolaev (Alma-Ata) 68; G. Hovhannisyan (làng V. Artashat ArmSSR) 75, 77; A. Oksak (Voroshilovgrad) 75; Yu. Onishchenko (Lyubertsy) 68, 69, 71—75, 77; S. Onuchin (Perm) 73, 75; A. Osin (Kamyshin, vùng Volgograd) 68, 69, 71, 73; V. Osipenko (làng Znob-Novgorodskoe, vùng Sumy) 68, 73, 75; S. Ostapenko (làng Pushtulim, vùng Altai) 70; A. Ostapov (Ordzhonikidze) 72; VỚI. Ostrovskaya (Kharkov) 68, 70, 72, 73; E. Pavlenko (Armavir) 68, 73, 77; S. Panteleimonov (Khust) 70, 73; A. Paro-
41
42
Vyshitkov (Obninsk) 68; V. Pakhomov (Dnepropetrovsk) 73; Yu. Perfilyev (Saratov) 70, 72; V. Pestunov (Kirovograd) 75; N. Pivtorak (làng Sokolovka, vùng Vinnytsia) 68; A. Pobladuev (Vinnitsa) 67, 68, 70—72, 74, 75, 77; M. Polovinnik (Mena) 67, 71, 74; R. Portnoy (Chernivtsi) 68; A. Presman (Moscow) 75; V. Rakhmanov (huyện Khazarasp, vùng Khorezm) 68; S. Rashkev (Solnechogorsk) 73-75, 77; B. Reva (Tallinn) 68, 70, 71, 73, 75; V. Reshetnik (Kyiv) 68, 70; V. Reshetov (Kuibyshev) 67; E. Rosenkratz (Magnitogorsk) 73, 75; M. Rozman (Pskov) 74, 75, 77; V. Ryzhikov (Akhtubinsk) 67, 70—73, 75; I. Saprykin (Frunze) 68; V. Syridov (huyện VNIISS Ramonsky, vùng Voronezh) 67; R. Sereev (làng Perebrodye, vùng Vitebsk) 68, 70—73, 75; R. Siroma (Kharkov) 68, 71, 73, 75, 76; V. Smolenkov (Leningrad) 68; Yu. Smolentsev (Essentuki) 68, 70, 71; V. Smolko (Chisinau) 68; A. Smyk (Krasnoirsk) 68, 70, 75; I. Sokolov (Moscow) 73, 75, 77; V. Soldatov (Noginsk) 73, 75; S. Sorokin (Grozny) 73; P. Subbotin (làng Gorodishche, vùng Belgorod) 72, 77; L. Surguladze (Tbilisi) 74, 75; V. Tarasov (Leningrad) 76; V. Tatarenko (Kyiv) 73; V. Tatarin (Terebovlya) 75, 76; L. Trebuleva (Tashkent) 67, 68, 71, 73, 75, 76; A. Turovsky (Pskov) 73—75, 77; M. Tyapin (p/o Mexa, vùng Volgograd) 76; A. Uvarov (làng Znamenka, vùng Penza) 75; V. Umurzakov (quận Kospelensky, vùng Alma-Ata) 73; S. Umnasunov (Elista) 67, 68, 70, 72; N. Fedin (Omsk) 67, 68, 70-77; P. Fomenko (Dnepropetrovsk) 67, 68, 70-72; A. Khomiy (Brest) 77; L. Tsimrine (Gorky) 73, 76, 77; I. Tsifra (làng Velitino, vùng Transcarpathian) 68; M. Chankaev (làng Kamennomost, quận Karachaevsky) 73, 75, 77; Yu. Chernyts (Minsk) 67-69, 71-73, 75, 77; A. Shakirov (làng B-Oka Bashkortostan ASSR) 68, 71; G. Shmelev (Yaroslavl) 68, 70, 73; A. Shmelevich (Vinnitsa) 75, 77; N. Shmyrin (Giám đốc) 67, 68, 73; E. Yudin (Essentuki) 68, 73, 77; A. Yunusov (Chisinau) 68.
Máy tính của John Napier
John Napier, Nam tước Merchiston (1550-1617), người gốc Scotland, người phát minh ra logarit và là một trong những người phát minh ra phân số thập phân (ông đã đưa ra dấu phân cách phần nguyên và phần phân số) được coi là nhà toán học xuất sắc đầu tiên của Anh.
Những phát minh này đã được con người chia sẻ một phần trong nền văn hóa. Giờ đây, mọi người có văn hóa đều phải nắm vững cả phân số thập phân và logarit.
Nhưng John Napier cũng kể về những người cùng thời với ông, những người rất tệ trong việc nhân và chia các số có nhiều chữ số. Vào năm ông qua đời, ông đã xuất bản một cuốn sách có tên “Rabdologia”. Cuốn sách này phác thảo một phương pháp nhân và chia cơ học khéo léo bằng cách sử dụng “viên xương” của Napier. Bạn cũng có thể tự làm ván từ ván ép hoặc bìa cứng dày (xem hình)
Bảng nhân Pythagore nổi tiếng được viết trên tấm bảng thứ chín. Mỗi bảng bậc hai được chia theo đường chéo thành các hình tam giác “trên” và “dưới”. Ở phía dưới - số đơn vị của sản phẩm, ở trên cùng - số hàng chục.
(Cuối cùng xem trang 56)
43
Thật vậy, không có tài liệu nào quen thuộc với người nộp đơn hơn những câu hỏi liên quan đến việc nghiên cứu tam thức bậc hai. Không một giám khảo nào nghi ngờ rằng mọi sinh viên vào đại học sẽ dễ dàng giải được phương trình bậc hai, ghi nhớ định lý Vieta và giải được bất đẳng thức bậc hai. Và, tuy nhiên, việc thực hành các kỳ thi ứng dụng hết lần này đến lần khác đề cập đến chủ đề này và thí sinh không phải lúc nào cũng đạt được thành công. Họ thất vọng vì mong muốn sử dụng thông tin bề nổi và với sự giúp đỡ của họ để dịch bài toán sang ngôn ngữ trang trọng càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên, con đường lời giải này không phải lúc nào cũng tối ưu.
Việc trình bày bằng đồ họa về các điều kiện bài toán thường hữu ích hơn. Nó giúp bạn có thể xem xét tất cả các điều kiện cùng nhau và tìm ra phương pháp đơn giản nhất lời giải.
Hãy thể hiện điều này bằng các ví dụ.
Bài toán 1. Với những giá trị thực nào và thì phương trình
nằm giữa nghiệm và của phương trình
Chúng ta cần tìm tất cả sao cho các giá trị tương ứng của chúng , , và thỏa mãn các bất đẳng thức số nguyên
Nơi tự nhiên để bắt đầu là cố gắng giải các phương trình này và viết lại các bất đẳng thức số nguyên bài toán tương đương cho tham số chưa biết .
Các nghiệm của phương trình thứ nhất là , các nghiệm của phương trình thứ hai là .
Vì không rõ số hoặc nào lớn hơn nên chúng tôi xem xét hai trường hợp. Nếu thì bài toán giảm về hệ thống: , . Nếu , thì chúng ta nhận được một hệ thống khác: , .
Ptak sẽ có thể giải được một tập hợp gồm hai hệ bất đẳng thức vô tỷ. Hãy tự mình thực hiện việc này và so sánh nó với giải pháp khác bài toán mà chúng tôi sẽ trình bày ngay bây giờ.
Đặt và tương ứng với vế trái của phương trình thứ nhất và thứ hai. Đồ thị của hàm số và là các parabol được tạo thành bởi các nhánh đi lên. Chúng ta hãy biểu thị bằng và các nghiệm của phương trình , và bằng và các nghiệm của phương trình . Đối với mọi người, sẽ là . Nếu thì và . Điều ngược lại cũng đúng: nếu và thì . Như vậy, bài toán rút gọn về lời giải của hệ bất đẳng thức
Thay vào , ta thu được hệ
44
Giải nó, ta tìm được .
Cần lưu ý rằng phép biến đổi bài toán như vậy là phù hợp nếu các biểu thức cho và đủ đơn giản.
Tuy nhiên, việc truy cập biểu đồ không phải lúc nào cũng suôn sẻ và dễ dàng như trong ví dụ vừa thảo luận.
Đây là một ví dụ khác.
Bài toán 2 (MAI, 1970). Với giá trị thực nào của tham số m thì nghiệm của phương trình sẽ tuân theo các điều kiện ?
Hãy để chúng tôi kể lại ở đây lời giải bài toán, do một người nộp đơn đề xuất. Đồ thị của tam thức bậc hai có thể có các nhánh lên hoặc xuống tùy thuộc vào dấu của hệ số tại . Trong cả hai trường hợp, các giá trị của tam thức bậc hai và sẽ cùng dấu, tức là . Tuy nhiên, các nghiệm và có thể nằm ở cả bên trái của 2 hoặc cả hai ở bên phải của 5. Trong cả hai trường hợp, sẽ lớn hơn 0, nhưng hoành độ của đỉnh của parabol nằm ngoài đoạn [2,5]. Vì vậy, chúng tôi yêu cầu nó phải nằm trong phân khúc này. Vẫn còn phải viết ra rằng phương trình này có nghiệm thực sự và rút gọn lời giải bài toán thành lời giải hệ bất đẳng thức
Lý do trên không phải là không có cơ sở, nhưng thật không may, nó cho thấy sự thiếu chính xác. Việc thay thế bài toán ban đầu bằng hệ thống (1) không thể được coi là hợp lý. Đối với một tam thức bậc hai tùy ý thì điều đó đơn giản là không đúng (xem Hình 1). Nhưng ngoài ra, có thể hệ số tiến về 0, khi đó đồ thị của hàm số sẽ là một đường thẳng.
Để có được lời giải bài toán gọn gàng, bạn cần tìm cách đảm bảo giải quyết hết mọi tình huống có thể xảy ra. Với mục đích này, thật thuận tiện khi tìm hệ số . Nó có thể là âm, bằng 0 hoặc dương.
Khi , tức là , phương trình trở thành . Gốc của nó không thỏa mãn điều kiện bài toán; nó không nằm giữa 2 và 5.
Cơm. 1.
Nếu thì vế trái của phương trình là tam thức bậc hai và đồ thị của nó là parabol. Vì tam thức phải có nghiệm thực, nên , tức là . Do đó .
Bây giờ chúng ta hãy lợi dụng thực tế là trục hoành của các đỉnh của parabol phải nằm giữa các gốc của nó, tức là .
Chúng tôi đã phát hiện ra rằng , và do đó số lượng sẽ chỉ dương với . Như vậy, trường hợp các nhánh của parabol hướng lên trên không cần xét đến. Chúng ta hãy giải bất đẳng thức thu được và tìm thấy rằng
45
So sánh nó với ràng buộc đầu tiên trên , chúng ta nhận được . Biểu đồ parabol của chúng ta cho các giá trị như vậy được hiển thị trong Hình 2. Các nhánh của nó hướng xuống dưới và các nghiệm sẽ nằm trong khoảng khi và chỉ khi và , tức là , .
Do đó . Cuối cùng .
Bài toán 3 (MAI, 1970). Với những giá trị thực nào là một trong những hệ thống lời giải thực
thỏa mãn điều kiện , ?
Cùng với hệ (2), (3), việc xét phương trình bậc hai tương ứng là điều đương nhiên
(4)
Nó có liên quan chặt chẽ với hệ thống này, lời giải trong số đó có được bằng cách sử dụng các nghiệm và của phương trình (4):
Thật dễ dàng để định dạng lại bài toán cho phương trình (4): với thực tế là một trong những nghiệm thực của phương trình (4) nằm trong khoảng và nghiệm còn lại nằm ngoài khoảng này.
Vì tam thức bậc hai (4) phải có hai nghiệm thực khác nhau nên và đồ thị của vế trái của phương trình (4) là một parabol giao nhau tại hai điểm khác nhau và ().
Điều kiện bài toán chỉ được thỏa mãn bằng cách sắp xếp các nghiệm của tam thức bình phương khi một trong số chúng nằm trong khoảng và cái còn lại nằm ngoài khoảng này (Hình 3). Nếu chúng ta dịch điều này sang ngôn ngữ công thức, chúng ta sẽ có được các hệ thống sau:
Những khó khăn thuần túy về mặt kỹ thuật nảy sinh với lời giải của họ là lớn đến mức không thể giải thích được. Nghiên cứu bức tranh hình học có thể cho chúng ta biết một cách tiếp cận ít rườm rà hơn. Dễ dàng nhận thấy rằng parabol nằm theo một trong những cách được minh họa trong Hình 3 khi và chỉ khi các giá trị của đa thức , đứng ở phía bên trái của (4), tại các điểm và có các biểu tượng khác nhau, tức là
(6)
Thật vậy, hãy để giá trị thỏa mãn điều kiện bài toán. Khi đó phương trình (4) có hai nghiệm thực. Nếu một trong các nghiệm trùng với hoặc , thì vế trái của bất đẳng thức (6) biến mất. Hãy để chúng tôi loại trừ các tùy chọn này khỏi việc xem xét thêm.
Bây giờ chúng ta hãy biên soạn một bảng giá trị cho các trường hợp có thể xảy ra về sự bằng nhau về vị trí và so với khoảng ()
Vì tất cả các phương án có thể đã được sử dụng hết nên chúng ta đồng thời thiết lập sự cần thiết và điều kiện đủ (6). Nó vẫn còn phải được quyết định
46
bất bình đẳng
hoặc
Đáp số:
Bài toán 4 (MSU, Cơ học và Toán học, 1971). Tìm tất cả các giá trị của mà hệ bất phương trình
có một lời giải.
Bất đẳng thức (7) và (8) chỉ có thể có lời giải nếu các biệt thức và ở vế trái của chúng không âm.
Hãy bắt đầu với trường hợp , tức là . Bất đẳng thức (7) khi đó có dạng và chỉ có lời giải . Đối với các giá trị tìm được của và , bất đẳng thức (8) được thỏa mãn. Do đó, là một trong những trường hợp ngoại lệ đối với các giá trị .
Bây giờ đặt , tức là . lời giải bất đẳng thức duy nhất (8) cho sẽ là ; bất đẳng thức (7) đối với và này không được thỏa mãn.
Bây giờ chúng ta có thể giả sử rằng và . Để một hệ thống nhất định có một lời giải duy nhất, điều cần thiết và đủ là các tích phân và lời giải có một điểm chung duy nhất. Điều này có thể xảy ra ở hoặc .
Đồ thị ở phía bên trái của (7) là một parabol từ đỉnh abscissa , và đồ thị ở phía bên trái (8) là một parabol từ đỉnh abscissa .
Cơm. 4.
Do đó, nếu thỏa mãn điều kiện bài toán thì các parabol nằm chính xác như trên Hình 4. Do đó, khả năng duy nhất còn lại là , tức là . Giải phương trình vô tỉ này, chúng ta tìm ra nghiệm duy nhất của nó (giá trị , cũng có thể thực hiện được trong quá trình lời giải - nghiệm được xây dựng). Vì vậy, .
Đáp số: 0; 1.
Bài toán 5 (NSU, Cơ học và Toán học, 1968). Với mỗi thực là một môi trường của tất cả các thùy của mặt phẳng, các tọa độ comorbix , thỏa mãn hệ bất đẳng thức
Các thùy nhỏ nhất có tọa độ cao nhất là .
Ta viết lại hệ dưới dạng
ở đâu và . Đồ thị của đường cong là một parabol được hình thành bởi các nhánh đi xuống và tất cả các điểm thỏa mãn bất đẳng thức (10) đều nằm không cao hơn parabol này. Vì với mỗi , chúng ta quan tâm đến lời giải của hệ có thứ tự lớn nhất, nên bất đẳng thức (10) có thể được thay thế bằng phương trình .
47
Đồ thị là đường thẳng đi qua gốc tọa độ và mọi điểm trên mặt phẳng thỏa mãn bất đẳng thức (9) đều không thấp hơn đường thẳng này. Như vậy, với mỗi phải tìm được một điểm của parabol nằm không thấp hơn đường thẳng và có thứ tự lớn nhất. Có hai trường hợp có thể xảy ra về vị trí tương đối của parabol và một đường thẳng: đỉnh của parabol không nằm thấp hơn đường thẳng , hoặc nó nằm dưới đường thẳng này (xem Hình 5). Trong trường hợp đầu tiên, nghiệm bài toán sẽ là điểm , là đỉnh của parabol, trong trường hợp thứ hai - điểm , tọa độ của nó thỏa mãn đồng thời phương trình của đường thẳng và parabol. Phương trình của parabol giúp bạn dễ dàng tìm được tọa độ đỉnh của nó: , . Chúng ta thấy rằng tất cả các đỉnh của parabol tại
Cơm. 5.
Cơm. 6.
các giá trị khác nhau của tham số nằm trên đường và ngược lại, mỗi điểm của đường tương ứng với một parabol , có đỉnh trong đó - chỉ cần lấy . Hãy vẽ các đường thẳng và trên một biểu đồ (Hình 6). Giao điểm của hai đường này là điểm (1, 2). Tại đường sẽ nằm phía trên đường và nghiệm của bài toán sẽ là điểm . Nếu thì nghiệm là điểm , thỏa mãn hệ
do đó và .
Phương trình có hai nghiệm thực khi , tức là . Trong đó, điều kiện bài toán được thỏa mãn bởi điều kiện lớn hơn:
Đáp số: tại , , , tại
tại lời giải không.
Tuy nhiên, “định dạng” lời giải không phải lúc nào cũng tốn nhiều công sức hơn. Nếu không thì nó phù hợp hơn đồ họa.
Bài toán 6 (MAI, 1971). Với giá trị thực nào của thì bất đẳng thức
có ít nhất một lời giải?
Chúng ta hãy biến đổi bất đẳng thức này về dạng
hoặc
48
ở đâu . Hệ (11), (12) có ít nhất một lời giải khi và chỉ nếu phân biệt bên trái của (9) không âm và nghiệm lớn hơn không nằm bên trái số 0:
nghĩa là,
Đáp số: .
Vì vậy, chúng ta thấy rằng trong chuỗi bài toán việc sử dụng biểu diễn đồ họa của tam thức bậc hai là rất thuận tiện. Cách tiếp cận này có thể hữu ích cho những chứng nghiện khác; nó giúp khám phá một con đường đơn giản và ý nghĩa hơn lời giải. Tuy nhiên, tất cả các đối số liên quan đến đồ thị chỉ có thể trở thành một phần của lời giải nếu chúng được thực hiện ở dạng tổng quát nhất. Trong các bài toán với tham số, bạn nên đặc biệt cẩn thận về kiểu phụ thuộc, vì đối với một số giá trị của tham số, hình thức của biểu đồ có thể thay đổi đáng kể (trong ví dụ 2, chúng ta đã thấy rằng với đồ thị của tam thức bậc hai sẽ không phải là parabol mà là một đường thẳng). Việc sử dụng đồ thị ở lời giải bài toán bản thân nó không phải là mục đích cuối cùng, điều này đã được xác nhận rõ ràng trong ví dụ cuối cùng. Trước hết, bạn cần phân tích cẩn thận tất cả các tính năng của một bài toán cụ thể, suy nghĩ về cách sử dụng hợp lý nhất các điều kiện của nó - điều này có thể giúp bạn tìm ra lời giải thuận tiện nhất.
Bài tập
- (MAI, 1970). Với giá trị thực nào của thì các số 1 và được chứa giữa các số và , trong đó hệ thống - lời giải
- (MAI, 1970). Tìm tất cả các giá trị thực của mà nghiệm của phương trình
sẽ có các dấu hiệu khác nhau và mỗi modulo bốn.
- (MAI, 1970). Tìm tất cả các giá trị thực của mà nghiệm của phương trình
cậu bé ba.
- (MSU, Cơ học và Toán học, 1971). Tìm tất cả các giá trị của mà lời giải của hệ thống
tạo thành một khoảng (đoạn) khép kín có độ dài bằng một.
- (MSU, kinh tế, điều khiển học, 1971). Tìm số hạng nhỏ nhất của dãy
-
(MSU, nhà vật lý, 1964). Tìm tất cả các giá trị thực của thỏa mãn đẳng thức với mọi giá trị dương của .
-
(MAI, 1971). Tìm tất cả các giá trị thực của thỏa mãn đẳng thức với mọi giá trị dương của .
-
(MSU, nhà vật lý, 1968). Tìm tất cả các giá trị của tham số mà cả hai nghiệm của tam thức bình phương đều là số thực và nằm trong khoảng từ 0 đến 3 (không bao gồm các giá trị cực trị).
-
(MSU, nhà vật lý, 1965). Tìm tất cả các giá trị của mà nghiệm của phương trình lớn hơn .
-
(MSU, Cơ học và Toán học, 1966). Tìm tất cả các giá trị của mà với tất cả , số modulo một không vượt quá đẳng thức .
49
Viện Vật lý và Công nghệ Moscow
Huân chương Cờ đỏ Matxcơva của Viện Vật lý và Công nghệ Lao động được mô tả chi tiết trong «Kvant» số 10 năm 1973. Dưới đây là một số thông tin từ MIPT về toán học và vật lý năm 1974.
Matematika
Tùy chọn 1
- Giải phương trình
- Giải phương trình
- Một hình thang đều có đáy AD và BC (AD > BC) được mô tả bằng đường tròn tiếp xúc với cạnh CD tại điểm M. Đoạn AM cắt đường tròn tại điểm N. Xác định tỉ số nếu .
- Giải hệ phương trình
- Ở đáy lăng kính thẳng có một tam giác vuông có hai chân AB = 8 và BC = 6 . Cạnh huyền AC là đường kính đáy của một hình nón tròn đứng có đỉnh nằm trên cạnh . Mặt bên của hình nón cắt cạnh AB tại điểm M sao cho AM = 5 . Xác định thể tích của hình nón.
Tùy chọn 2
- Giải phương trình
- Tổng các số hạng và hiệu của một cấp số cộng đều dương. Nếu bạn tăng hiệu của một cấp số lên 2 mà không thay đổi số hạng đầu tiên thì tổng các số hạng của nó sẽ tăng gấp 3 lần. Nếu hiệu của cấp số ban đầu tăng lên 4 lần mà số hạng đầu tiên không thay đổi thì tổng các số hạng của cấp số cộng sẽ tăng 5 lần. Xác định sự khác biệt trong tiến trình ban đầu.
- Cạnh đáy của lăng trụ tam giác đều bằng a, các điểm O và O_1 lần lượt là tâm của các đáy ABC và A_1B_1C_1. Độ dài hình chiếu trực giao của đoạn lên đường thẳng bằng . Xác định chiều cao của lăng kính.
- Trong tam giác ABC, đường vuông góc với cạnh AB đi qua trung điểm của nó cắt đường thẳng AC tại điểm M, đường vuông góc với cạnh AC đi qua điểm giữa của nó cắt đường thẳng AB tại điểm N. Biết MN = BC và đường thẳng MN vuông góc với đường thẳng BC. Xác định các góc của tam giác ABC.
- Giải hệ phương trình
Tùy chọn 3
- Giải phương trình
- Đường tròn đầu tiên trong hai đường tròn đi qua tâm của đường tròn thứ hai và cắt nó tại các điểm A và B. Chất lượng của đường tròn thứ nhất đi qua điểm A chia đường tròn thứ hai theo tỷ lệ . Quận thứ hai chia quận thứ nhất về mặt nào?
- Giải hệ phương trình
- Các điểm A, B, C nằm tuần tự dọc theo con đường. Bốn người đi bộ xuất phát cùng lúc: người thứ nhất và người thứ hai đi từ A đến C, người thứ ba từ B đến C, người thứ tư từ C đến A. Người đi bộ thứ hai vượt qua người đi bộ thứ ba; Người đi bộ đầu tiên đã vượt qua người đi bộ thứ ba. Người thứ ba đi chậm hơn người thứ tư n lần, người thứ nhất và người thứ hai đi với tốc độ khác nhau. Xác định tỉ số giữa khoảng cách từ A đến B và khoảng cách từ B đến C (tốc độ người đi bộ không đổi).
- Đáy của lăng kính là hình thang , trong đó
Cơm. 1.
Cơm. 2.
và . Đường chéo lần lượt cắt các đường chéo và tại các điểm và , và đường chéo lần lượt cắt các đường chéo và tại các điểm và . Được biết, là một tứ diện đều. Xác định tỉ số thể tích của khối tứ diện và thể tích của lăng trụ.
Vật lý
Vé 1
- Một túi bột trượt không vận tốc ban đầu từ độ cao dọc theo một tấm ván nhẵn nghiêng một góc so với phương ngang. Sau khi đi xuống, túi rơi xuống sàn nằm ngang. Hệ số ma sát giữa túi và sàn là .
Chiếc túi sẽ dừng lại ở đâu?
- Xi lanh, được đóng ở phía trên bằng một pít-tông di động, được nối bằng một ống mỏng ngắn với bình sơ tán (Hình 1). Khi vòi đóng lại, một lượng khí nhất định sẽ được đưa vào dưới pít-tông. Thể tích mà khí này chiếm trong xi lanh bằng thể tích của bình phía dưới. Phần khí nào còn lại trong bình sau khi mở van?
Nhiệt độ khí trong xi lanh được duy trì ở -173° C và trong bình + 127° C.
-
Sử dụng buồng mây đặt trong từ trường có cảm ứng , người ta quan sát thấy sự tán xạ đàn hồi của các hạt trên hạt nhân deuterium. Tìm năng lượng ban đầu của hạt nếu bán kính cong của các phần quỹ đạo ban đầu của hạt nhân giật lùi và hạt phân tán hóa ra giống nhau và bằng . Cả hai quỹ đạo đều nằm trong mặt phẳng vuông góc với các đường cảm ứng từ trường. Điện tích của proton là , khối lượng của nó là .
-
Hình 2 biểu diễn sơ đồ thí nghiệm Fresnel quan sát sự giao thoa. Hai gương phẳng giống nhau tạo thành một góc . Nguồn điểm nằm trên phân giác của góc và cách giao điểm của hai gương một khoảng . Ở kích thước gương tối thiểu bao nhiêu có thể quan sát được các vân giao thoa trên màn hình từ xa E? Tia trực tiếp từ nguồn không tới được màn hình.
Vé 2
- Hai vật có khối lượng và chuyển động vuông góc với nhau (Hình 3). Sau va chạm, vật có khối lượng dừng lại. Phần năng lượng của nó là nhiệt tỏa ra trong quá trình va chạm?
Cơm. 3.
Cơm. 4.
30
51
- Hiện tại, người ta có thể đạt được áp suất (ví dụ, sử dụng bức xạ laser có hình dạng đặc biệt), tại đó tất cả các kích thước tuyến tính của chất rắn có thể giảm đi 10 lần.
Khối lượng tới hạn của một chất “siêu đậm đặc” như vậy nhỏ hơn khối lượng tới hạn của chất thông thường bao nhiêu lần?
Ở trạng thái tới hạn, khi phản ứng ban đầu, số lượng neutron thứ cấp, sự ra đời của các sheitron rời khỏi bề mặt. (Các neutron thứ cấp là những neutron được tạo ra bởi sự tương tác của các neutron đã có trong nó với vật chất phân hạch.)
- Một điện cực nhôm phẳng được chiếu dưới ánh sáng tử ngoại có bước sóng m. Khoảng cách tối đa từ bề mặt của điện cực mà một quang điện tử có thể di chuyển là bao nhiêu nếu điện cực có điện trường chậm hướng e/cm?
Ranh giới màu đỏ của hiệu ứng quang điện đối với nhôm tương ứng với bước sóng m. Hằng số Planck j. s, điện tích k.
- Bán kính cong của gương cầu tròn là cm. Thấu kính nào nên được đặt gần gương để hệ thống quang học thu được cho hình ảnh trực tiếp, tối thiểu, có kích thước thật của các vật thể?
Vé 3
-
Một viên đạn bay ngang có khối lượng z trúng tâm của một quả cầu có khối lượng z, nằm trên mép bàn và xuyên thẳng qua nó. Quả bóng rơi cách bàn m, viên đạn rơi cách bàn m. Chiều cao của bàn là m. Xác định vận tốc ban đầu của viên đạn.
-
Một góc điện có bộ điều chỉnh nhiệt, được đặt ở vị trí “len”, nóng lên đến nhiệt độ C. Trong trường hợp này, ở trạng thái ổn định, bộ điều chỉnh sẽ bật góc trong thời gian s trong khoảng thời gian phút. Ở vị trí “vải lanh”, góc được bật trong cùng 30 giây với khoảng thời gian ngắn hơn phút. Xác định nhiệt độ của bộ điều chỉnh góc được đặt ở vị trí “lanh”. Bỏ qua sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở lò sưởi. Nhiệt độ phòng C.
-
Trong một trong các mô hình phân tử hydro , người ta cho rằng electron chuyển động theo quỹ đạo tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với hình nêm nối các proton. Khoảng cách giữa các proton là , điện tích của điện cực là , khối lượng của nó là . Tìm tốc độ chuyển động của electron.
-
Một trong những bề mặt của thấu kính mỏng là serbene. Ở khoảng cách cm tính từ thấu kính trên trục của nó có một nguồn sáng chính xác. Nếu thấu kính hướng về phía nguồn có mặt mạ bạc thì khoảng cách giữa nguồn và ảnh tối thiểu của nó là 56 cm. Nếu quay thấu kính về phía nguồn bên kia thì nó tạo ra một chùm tia sáng song song. Xác định công thức của thấu kính không chứa serbium.
Vé 4
-
Một hình ảnh của Mặt trời thu được bằng thấu kính. Độ động của ảnh là mm và nằm cách thấu kính cm. Được biết, khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời là ml. km, và thời gian của năm trái đất là ngày. Sử dụng những dữ liệu này, hãy tính gia tốc trọng trường ở bề mặt Mặt trời.
-
Một mol khí lý tưởng được chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 3 dọc theo isobor 1-2 và sau đó dọc theo isobor 2-3 (Hình 4). Tại isobor, cùng một lượng nhiệt J được truyền vào khí như được giải phóng ở isobor. Tìm nhiệt độ cuối cùng của khí nếu nhiệt độ ban đầu của nó là C. Nhiệt dung của khí là J/mol. kêu
-
Hai quả cầu nhỏ dẫn điện có bán kính đặt cách nhau một khoảng . Các quả bóng lần lượt tiếp đất trong một thời gian, quả bóng được tiếp đất trước, nếu ban đầu mỗi quả bóng có điện tích .
-
Hệ quang học gồm hai thấu kính có công thức cm và cm, cách nhau một khoảng cm. Hệ thống này sẽ tạo ra hình ảnh hợp lệ ở vị trí nào của vật thể (từ phía )?
V. E. Belonchkin, V. I. Chekhlov
52
Các nhà toán học về toán học
Với tiêu đề này, nhà xuất bản “Znanie” đã xuất bản một tập tài liệu *) vào năm 1972, gồm hai bài báo được dịch từ tiếng Anh.
*) Nhà toán học về toán học (tuyển các bài báo). Do GS. V. I. Levin biên soạn. Bản dịch từ tiếng Anh của V. N. Trostikov, Ứng viên Khoa học Triết học. M., “Kiến thức”, 1972. (Loạt bài mới về đời sống, khoa học, kỹ thuật “Toán học, Knibernetics”, 12.)
Các bài viết này tạo thành một chương có tựa đề “Sự phi lý của toán học” trong tập thứ ba của tuyển tập Thế giới toán học gồm bốn tập, xuất bản ở Mỹ năm 1956 và ở Anh năm 1960. Tác giả của các bài báo là những nhà khoa học nổi tiếng.
Bài viết đầu tiên có tựa đề “Nghịch lý thất lạc và tìm thấy” được viết bởi Edward Kasner và James R. Newmanham. Nó bắt đầu: “Có lẽ nghịch lý lớn nhất là có những nghịch lý trong toán học.”
Loại nghịch lý đầu tiên là những mâu thuẫn và những tuyên bố vô lý là kết quả của sự lừa dối không chính xác. Sau đó - những nghịch lý của đất nước, có vẻ khó tin, nhưng, như cấu trúc của bằng chứng cho thấy, là có thật. “Loại nghịch lý thứ ba và quan trọng nhất có liên quan đến lý thuyết tập hợp; Loại nghịch lý này dẫn đến sự xem xét lại nền tảng của toán học. Những nghịch lý logic luôn có ý nghĩa đối với các nhà logic học và toán học và đã làm nảy sinh những khoảng trống liên quan đến bản chất của toán học, những khoảng trống mà cho đến ngày nay vẫn chưa nhận được một lời giải thỏa đáng.”
Các bài viết đầu tiên xem xét các ví dụ về nghịch lý loại thứ hai. Hãy cho một trong số họ. Hai đồng xu bằng nhau nằm trên bàn chạm vào một vòng tròn. Đồng xu thứ nhất (trống bên trái), còn lại trên mặt phẳng của bàn, lăn dọc theo mép của đồng xu thứ hai (đứng yên). Khi điểm tiếp xúc của các đồng xu đi qua nửa vòng tròn và kết thúc tại điểm đối diện theo đường kính của đồng xu đứng yên ở bên phải, thì đồng xu di chuyển sẽ không quay một nửa mà là một vòng hoàn toàn (số trên đó lại ở vị trí bình thường)!
Nói về sai số hình học, các tác giả chỉ đề cập đến sai số quang học và đưa ra ví dụ về sai số không mang tính chất tâm lý mà mang tính chất toán học. Ví dụ, nghịch lý sau được đề xuất (chúng tôi viết tắt): ABCD là góc vuông (xem hình). CH=HB; HO⊥CB; AE=AB; CK=KE; KO⊥CE.
△OAE=△OCD (ở các cạnh đó). Do đó △ODC=△OAE. Nhưng △ODA=△OAD (các góc ở đáy của một tam giác đều). Do đó, △ADC=△DAE (góc vuông bằng góc tù!).
Làm thế nào tôi có thể thay đổi điều này?
Khá nhiều sách giải bài toán vật lý đã được xuất bản trong những năm gần đây. Và nếu bạn đếm xem chúng chứa bao nhiêu “lý do”, bạn sẽ nhận được sức nặng của những khoảng trống mang tính chu kỳ bên trong liên quan đến bản chất của toán học, những khoảng trống mà cho đến ngày nay vẫn chưa nhận được lời giải thỏa đáng.
Ví dụ, cuốn sách của M. Ilyin có tên là “One Hundred Thousand WHY” để thay thế nó. Nhưng câu hỏi “làm thế nào” lại kém may mắn hơn một chút - những vấn đề trong đó người ta đề xuất chỉ ra cách thay đổi đại lượng vật lý này hay đại lượng vật lý khác xảy ra liên quan đến một căn phòng. Nhưng “làm thế nào” có thể không kém phần thú vị so với “tại sao”. Một minh họa nổi bật về điều này có thể được tìm thấy trong hồi ký của nhà vật lý xuất sắc Enrico Fermi *, nơi chúng ta đang nói về vụ thử bom nguyên tử đầu tiên. “Fermi đứng dậy và bắt đầu ném những mảnh giấy nhỏ ra. Anh ấy chuẩn bị một tờ giấy chuyên nghiệp.
*) E. Segre, “Enrico Fermi - nhà vật lý”, M., “Mir”, 1973.
53
Các tác giả kết thúc phần trình bày của họ về nghịch lý này như sau: “Bạn có tìm thấy một sai lầm nào ở đây không? Hãy để chúng tôi cho bạn một lời khuyên: hãy vẽ một cách hết sức cẩn thận.”
Tuy nhiên, trong nghịch lý này, bạn có thể tìm ra lỗi trong bản vẽ bằng cách nghiên cứu logic. Vì và , nên . Điểm nằm trên đường trung trực của đoạn và đường vuông góc này đi qua điểm (vì ). Điều này có nghĩa là các hình tam giác và nằm đối xứng với đường thẳng và không chồng lên nhau một phần. Và do đó sự bằng nhau của góc vuông và góc tù không diễn ra.
Xem xét các nghịch lý số học, các tác giả của bài báo lưu ý rằng bằng cách sử dụng phép chia cho 0, người ta có thể chứng minh rằng bất kỳ số nào cũng bằng bất kỳ số nào khác. Quy tắc đại số cần thiết là căn bậc hai của một số dương có hai giá trị đối nhau cũng dẫn đến sai sót và mâu thuẫn. Mời độc giả tự mình tìm hiểu nghịch lý
Ví dụ về chuỗi số vô hạn được đưa ra, đặc biệt là chuỗi znamenny , vốn gây ra nhiều rắc rối cho Leibniz, cũng như chuỗi tương đương với logarit tự nhiên của số .
Thông qua một số phép biến đổi không thể chấp nhận được theo quan điểm của lý thuyết chuỗi vô hạn ), có thể thu được những nghịch lý.
*) Năm «Kvant», 1974, số 9, một bài báo của M. L. Gerver “Từ việc thay đổi vị trí cấp phó” được xuất bản. Nó chứa thông tin sơ bộ từ lý thuyết chuỗi vô hạn. Sau khi đọc bài viết này, bạn có thể dễ dàng giải thích nguyên nhân của những nghịch lý này.
Một thí nghiệm đơn giản để xác định năng lượng của vụ nổ: trong một va chạm êm dịu, các mảnh giấy sẽ rơi xuống chân anh ta, và khi, vài giây sau vụ nổ, mặt trước của sóng xung kích tới, chúng sẽ rơi xuống theo hướng truyền sóng. Từ khoảng cách đến điểm nổ và độ dịch chuyển của tác động của sóng xung kích, có thể tính được năng lượng của vụ nổ. Fermi đã thực hiện trước những phép tính này, chuẩn bị một bảng để từ đó ông có thể xác định ngay năng lượng là kết quả của một phép đo thô sơ nhưng đơn giản như vậy… Về đặc điểm, đáp số của ông hóa ra rất gần với kết quả của các phép đo chính thức được thực hiện cẩn thận. Nhưng cái sau xuất hiện vài ngày sau khi nghiên cứu hồ sơ, và Fermi nhận được bức vẽ của mình sau vài giây.
Thông thường trong vật lý và chỉ trong vật lý, sự phát triển của các phương pháp đo đơn giản và phi tiêu chuẩn quyết định sự thành công của một thí nghiệm và giúp hiểu được bản chất của hiện tượng đang được nghiên cứu. Người ta chỉ có thể ước rằng câu hỏi “làm thế nào” đừng trở nên quá nổi bật trong văn học đối với học sinh. Và chính vì lý do này mà người ta nên hoan nghênh việc ra mắt cuốn sách không gây đau đớn của V. N. Lange “Vật lý thí nghiệm bài toán cho sự khéo léo” (bộ “Thư viện của Trường Vật lý và Toán học”, “Khoa học”, 1974).
Tất cả 116 vấn đề trong cuốn sách này đều đặt ra câu hỏi “làm thế nào”. Đây không phải là một bài toán thông thường khi mọi thứ được chia thành các phần: cơ học, điện, quang học, bởi vì đối với lời giải đa đặc tính bài toán bạn cần biết nhiều hơn một chương của sách giáo khoa. Tựa đề các phần nghe có vẻ không hay: “Ở nhà”, “Trên hồ”, “Đi dạo”, “Vào không gian”
54
thổi: một quả bóng có kích thước bằng Mặt trời có thể được cắt thành các phần riêng biệt không có điểm chung, và sau đó các phần này có thể được gấp lại theo cách mà không cần lướt qua hoặc kéo dài bất kỳ phần nào, kết quả là Mặt trời biến thành hạt đậu và nhét vừa túi quần sau của bạn.
Ngược lại, hạt đậu có thể được cắt và gấp lại theo cách sao cho nó sẽ lấp đầy toàn bộ Vũ trụ hữu hình và sẽ không có khoảng trống. Không có câu chuyện cổ tích nào, không có chuyện tưởng tượng nào tạo nên sự thật logic toán học chặt chẽ đó. Những kết quả này “thể hiện một thách thức không ngừng đối với trí tưởng tượng và là sự đóng góp cho sự phát triển các khái niệm toán học”.
Bài viết thứ hai, “Cuộc khủng hoảng trực giác,” của nhà toán học Hans Hahn; Bài viết đề cập đến các tính chất của trực giác, vai trò của nó trong toán học và khả năng tạo ra nghịch lý.
Tác giả xem xét vai trò của trực giác trong hình học và chỉ ra rằng “xa hơn trong nhánh toán học được coi là chính và nguyên bản, vai trò của trực giác dần mất đi, để cuối cùng không biến mất hoàn toàn”.
Ví dụ, từ thời cổ đại, đường cong đã được hiểu là một hình hình học được vẽ bởi một điểm chuyển động.
Nhưng nhà toán học và logic học người Ý Giuseppe pe Peano đã chứng minh rằng một đường cong như vậy có thể bao gồm toàn bộ các phần của mặt phẳng (ví dụ, một điểm chuyển động có thể đi qua mọi điểm của hình vuông). Đưa ra ví dụ về các đường cong có và không có “sự liên kết trong phạm vi nhỏ”. Một ý tưởng được đưa ra về phương pháp do nhà toán học người Hà Lan L. Brauz đề xuất để xây dựng một bản đồ trong đó tất cả các điểm biên sẽ là ternary, về ý tưởng xác định kích thước của các tập hợp chính xác, của các đường cong bao gồm toàn bộ các điểm nhánh, sự tồn tại của nó đã được chứng minh bởi nhà toán học người Ba Lan V. Serp và nsky.
Tác giả bài viết cho rằng hình học tổng quát là biểu hiện cao nhất của trực giác của chúng ta; riêng hình học này, giống như các khái niệm toán học và vật lý khác, là một cấu trúc logic.
Tất cả》—vật lý thú vị bài toán có thể phát sinh ở bất cứ đâu.
Dưới đây là một vài bài toán từ cuốn sách này.
- Có hai dòng: một dòng là thu thập, dòng thứ hai là phân tán. Làm thế nào để xác định cái nào trong số chúng có công suất quang lớn hơn mà không cần nhờ đến sự trợ giúp của bất kỳ dụng cụ nào?
- Bạn muốn xác định chiều rộng của dòng sông theo từng bước. Tất nhiên, làm thế nào để làm điều này một cách gần đúng với sự trợ giúp của cỏ nhặt từ bờ?
- Làm thế nào bạn có thể sử dụng một nam châm mạnh (tốt nhất là nam châm hình móng ngựa) để xác định xem bóng đèn điện được cấp nguồn bằng dòng điện một chiều hay xoay chiều?
Ai không giải được bài toán ngay sẽ tìm thấy trong sách không chỉ chi tiết lời giải mà còn có phần “Gợi ý”. Bằng cách sử dụng nó, bạn không cần phải tước đi niềm vui bài toán của chính mình.
Đúng là có rất nhiều bài toán nhân tạo trong cuốn sách. Chẳng hạn, có quá khó để xác định tốc độ của một chiếc xe đạp bằng lượng kẽm hòa tan trong nguyên tố Grenet không? (trong bài toán 91 cấu trúc của phần tử này được mô tả).
Thật không may, lời giải không bị xoắn cũng không hoàn toàn đạt yêu cầu. Vì vậy, giả sử, trong lời giải bài toán 18, để xác định chiều cao của ngôi nhà, bạn cần sử dụng một lon thiếc rỗng và đồng hồ bấm giờ. Trong trường hợp này, tính hữu hạn của tốc độ âm thanh được tính đến, nhưng không chú ý đến một yếu tố ít quan trọng hơn - lực cản không khí.
Nhưng nhìn chung thì nó rất thú vị và không chuẩn mực, mặc dù có khá nhiều bài toán đơn giản trong đó. Số nguyên tố bài toán quá lớn tất nhiên không thể coi là nhược điểm của cuốn sách. Nó khá dễ tiếp cận đối với học sinh mới bắt đầu nghiên cứu vật lý và có thể giúp chúng phát triển trực giác vật lý.
Không có nghi ngờ gì rằng cuốn sách này sẽ hữu ích cho cả học sinh và giáo viên.
K. I. Kutsel
55
Sách mới
Năm 1975, chúng tôi tiếp tục xuất bản các tài liệu trong chuyên mục “Sách Mới”.
Như những năm trước, trong phần này, chúng tôi sẽ xuất bản những bản tóm tắt ngắn gọn về những cuốn sách đã được xuất bản và những cuốn sách xuất bản năm 1975 và được độc giả của chúng tôi quan tâm. Gắn liền với quá trình độc giả đa quốc gia, chúng tôi cũng sẽ xuất bản chú thích trên một số cuốn sách do các nhà xuất bản “Người bảo vệ trẻ”, “Văn học thiếu nhi”, “Thế giới” và “Kiến thức” xuất bản.
Trong số này, chúng tôi xuất bản bản tóm tắt các cuốn sách được xuất bản trong quý đầu tiên của năm 1975.
Việc đặt mua sách phải được thực hiện kịp thời thông qua các cửa hàng chuyên doanh hoặc cửa hàng Sách gửi qua đường bưu điện.
Toán học
Nhà xuất bản
“Khoa học”
- Markushevich A.I., chức năng Celje. Tập 5 l., phát hành 30.000 bản, giá 15 kopecks, tái bản lần thứ 2.
Hàm số cơ bản được học ở trường THCS là hàm số nguyên hoặc thương của hai hàm số nguyên hoặc hàm số nghịch đảo của các hàm số này.
Cuốn sách này giới thiệu cho người đọc lý thuyết chung về toàn bộ hàm số và các tính chất quan trọng nhất của chúng.
Cuốn sách được viết theo một cách thú vị và giải trí. Nó rất thú vị đối với học sinh trung học và cũng sẽ hữu ích cho các nhà toán học nâng cao. - Mosteller F., Năm mươi chiếm xác suất bài toán. Tập 6 tờ, phát hành 100.000 bản, giá 30 kopecks, tái bản lần 2.
Hầu hết các bài toán được trình bày trong cuốn sách này đều có thể được giải quyết một cách cơ bản. Đối với các em lời giải kiến thức thu được ở trường trung học là khá đầy đủ và chỉ một số em yêu cầu kiến thức về một quá trình phân tích vượt ra ngoài phạm vi của khóa học toán ở trường.
Cuốn sách sẽ hữu ích cho học sinh trung học đang theo học các môn toán và vật lý. - Vorobyov N. N., Tiêu chí chia hết. Tập 4 tờ, phát hành 50.000 bản, giá 14 bản, tái bản lần 2.
Cuốn sách nêu ra một số nội dung của các câu hỏi trong lý thuyết số, đặc biệt là các câu hỏi trong lý thuyết chia hết. Nêu khái niệm dấu hiệu chia hết, tác giả đề cập đến một số vấn đề của lý thuyết quan hệ và lý thuyết thuật toán. - Fomin S.V., Hệ thống số. Tập 3 l., phát hành 50.000 bản, giá 10 kop., tái bản lần thứ 3.
Trong tài liệu nhỏ này, tác giả trình bày chi tiết về các hệ thống số khác nhau. Dưới hình thức dễ tiếp cận và hấp dẫn, tác giả mô tả lịch sử nguồn gốc, tính chất và ứng dụng của các hệ thống số khác nhau.
Cuốn sách sẽ hữu ích cho học sinh trung học và học sinh toán và vật lý. - Vilenkin N. Ya., Tổ hợp phổ biến. 12 tờ, 100.000 bản, 40 bản.
Tổ hợp là một trong những nhánh của toán học, kiến thức về nó phải được trình bày ở nhiều chuyên ngành khác nhau. Các vấn đề tổ hợp chính xác thu hút sự chú ý của các nhà vật lý, nhà hóa học, nhà sinh học, nhà ngôn ngữ học, chuyên gia về mật mã và nhiều người khác. Các phương pháp tổ hợp là cơ sở của lý thuyết xác suất lời giải polykh bài toán và các ứng dụng của nó. Cuốn sách mô tả các bài toán tổ hợp thú vị và các phương pháp của chúng lời giải dưới dạng phổ biến.
Nhà xuất bản “Mir”
6. Dudeney G. E., Đã chọn bài toán và dây giọng nói. Tập 25 l., phát hành 100.000 bản, giá 1 chà. 49k.
Cuốn sách này trình bày hơn 500 bài toán và các câu đố của nhà khoa học và nhà toán học nổi tiếng người Anh.
Tất cả độc giả yêu thích toán học sẽ đọc cuốn sách với sự hài lòng và hữu ích to lớn.
Vật lý
Nhà xuất bản
“Khoa học”
- Bakanina L.P., Belonuchkin V.E., Kozel S.M. và cộng sự, Bộ sưu tập bài toán về vật lý. Tập 21 tờ, phát hành 300.000 bản, giá 67 kopecks, tái bản lần thứ 3.
Bộ sưu tập bài toán dành cho khóa học vật lý tiểu học này chứa bài toán độ khó tăng dần, tuy nhiên, không vượt quá phạm vi của chương trình giảng dạy trung học. Tất cả bài toán đều được cung cấp giải pháp hoặc nghị định chi tiết.
Hầu hết bài toán của bộ sưu tập này đã được sử dụng để thực hiện các bản sao giới thiệu cho Viện Vật lý Moscow.
Cuốn sách dành cho học sinh trung học, các nhà vật lý đã đăng ký và những người độc lập chuẩn bị cho kỳ thi tuyển sinh vào Viện Vật lý Moscow. - Demin V.G., Số phận của hệ mặt trời. Tập 13 tờ, phát hành 20.000 bản, giá 45 kopecks, tái bản lần 2.
《Có phải hệ mặt trời đang tan rã?》 là câu hỏi chính được giải quyết trong cuốn sách này.
Cuốn sách dành cho học sinh trung học có nền tảng về vật lý và thiên văn học. - Pauli V. Đánh giá thể chất. (Tuyển tập các bài báo.) 15 tờ, 20.000 bản, 95 bản.
Bộ sưu tập bao gồm các bài báo khoa học phổ biến của một trong những nhà vật lý hàng đầu -
56
các nhà lý thuyết của thế kỷ chúng ta
Wolfgang Pauli (1900-1958). Chúng phản ánh các giai đoạn chính trong sự phát triển của vật lý hiện đại: nguyên lý loại trừ và đối xứng, sự phát triển của điện tử lượng tử, lịch sử của neutrino. Bao gồm các bài viết về công trình của Einstein, Sommerfeld, Ehrenfest, cũng như một bài báo chưa biết về nhà khoa học tự nhiên xuất sắc của thế kỷ 15, Johannes Kepler.
- Frankfurt W. I., Frank A. M. Nguồn gốc của cơ học lượng tử. 10 tờ, 30.000 bản, 65 bản.
Cuốn sách kể về một giai đoạn đáng chú ý trong lịch sử vật lý (1895-1925), giàu những khám phá lớn, khi tư tưởng nghiên cứu tìm cách khám phá những bí mật về cấu trúc của vật chất.
Việc phát hiện ra electron và nghiên cứu các tính chất của nó, nghiên cứu sự phóng điện của electron trong chất khí, học thuyết về lượng tử ánh sáng, sự sáng tạo ra lý thuyết tương đối của Einstein và lý thuyết nguyên tử của Bohr - tất cả đều là những cột mốc quan trọng trên con đường hình thành cơ học sóng và lượng tử, lịch sử mà người đọc sẽ tìm thấy trong cuốn sách.
Sản phẩm “Người bảo vệ trẻ”
- Khodanov M., Làm thế nào để không cư xử. Tập 8 l., phát hành 200.000 bản, giá 44 kopecks.
Đây là một cuốn sách về cách cư xử tốt, về cách cư xử và cách không cư xử. Đây là cuốn sách viết về văn hóa ứng xử, gắn liền với văn hóa nội tâm của một con người.
Văn học khoa học viễn tưởng
- Adamov A., Gió ác. Tập 18 l., phát hành 100.000 bản, giá 1 chà. 10k.
Cuốn sách sắc nét này tiếp nối loạt sách của Adamov, được nhà xuất bản này xuất bản trước đó.
- Priklocheniya, 75. Tập 25 l., lưu hành 100.000 bản, giá 1 chà. 50k.
Cuốn sách là tuyển tập truyện phiêu lưu và truyện ngắn truyền thống của các tác giả Liên Xô.
Sản phẩm “Văn học thiếu nhi”
- Voyskunsky E., Lukdyanov I., Ur, con trai của Sham. Tập 25 l., phát hành 100.000 bản, giá 87 kopecks.
Một cuốn tiểu thuyết giả tưởng về những người sinh ra ở hành tinh khác và trở về Trái đất.
- Sverdlov A., Chiến đấu với người sói. Tập 15 l., phát hành 100.000 bản, giá 61 kopecks.
Một câu chuyện phiêu lưu về công việc của các sĩ quan KGB.
- Strugatsky A., Strugatsky B., Podden của thế kỷ XXII. Malsh. Tập 30 l., phát hành 100.000 bản, giá 1 chà.
Hai câu chuyện này của các nhà văn khoa học viễn tưởng nổi tiếng của Liên Xô được kết nối với thế giới của tương lai.
Chúng tôi cung cấp một danh sách các cuốn sách có sẵn. Đơn đặt hàng nên được gửi đến địa chỉ: 103 050, Moscow. K-50, st. Medvedeva, 1, bộ phận “Sách qua thư” của cửa hàng số 8 ở Moscow.
-
Vorobyov N.N., Lý thuyết về giới, “Nuka”, 1973, 208 trang, 38 cuốn.
-
Gradshtein I.S., Lý thuyết trực tiếp và nghịch đảo (các phần tử của đại số logic), “Nuka”, 1973, 128 trang, 24 cuốn sách.
-
Kantor I. L., Solodovnik A. S., Số siêu phức tạp, “Nuka”, 1973, 144 trang, 22 cuốn sách.
-
Lamerty D., Xác suất, dịch từ tiếng Anh, “Nuka”, 1973, 184 trang, 33 cuốn.
-
Yaglom A.M., Yaglom I.M., Xác suất và thông tin, “Nuka”, 1973, 512 trang, 1 chà. 11k.
-
Parnov E.I., Tại ngã tư của vô cực, “Atomidat”, 1967, 46 trang, 46 k.
-
Romer A., Nguyên tử phi daedomonic, “Atomidat”, 1963, 128 trang, 18 cuốn.
T. S. Petroea, M. L. Smolyansky
máy tính
John Napier
Hãy chỉ ra (xem hình) cách nhân số 3579 với 6 trên thiết bị này. Hãy xếp các bảng có số 3, 5, 7, 9 thành một hàng vào ô và đọc số cần tìm ở dòng thứ 6. Tuy nhiên, chúng ta sẽ phải vượt qua một khó khăn nhỏ. Số chữ số thập phân bằng số đơn vị của bảng trước. Hai số này phải được thêm vào khi lấy sản phẩm.
57
Olympic Toán học lần thứ V MESI
Olympic được tổ chức theo hai hình thức: I - vòng - tương ứng và II - toàn thời gian và tương ứng.
Những học sinh được so sánh thành công với các bài toán I.type và gửi lời giải chậm nhất là ngày 15 tháng 3 năm 1975 (theo giờ bưu chính) sẽ được phép tham gia bán thời gian và bán thời gian.type thứ hai. Học sinh Moscow sẽ được mời đến MESI toàn thời gian. Sinh viên không cư trú tham gia loại thứ hai vắng mặt. Mỗi người tham gia Olympic được nhận vào loại thứ hai sẽ biết điều này. Để nhanh chóng nhận được đáp số từ viện, vui lòng đính kèm một phong bì có địa chỉ của bạn vào thư.
Địa chỉ MESI: 119435, Moscow, ngõ B. Savvinsky, 14, “Olympiad-75”.
Lời giải bài toán được biểu diễn bằng tiếng Nga tại sân chơi của học sinh. Tất cả các tác phẩm dự thi Olympic sẽ được kiểm tra bằng máy tính. Do đó, chúng tôi yêu cầu bạn đặt đáp số ở cuối terradi cho các nhiệm vụ đã hoàn thành trong bảng sau
Con số bài toán 1 2 3 4 5
Đáp số
Nhiệm vụ loại đầu tiên:
- Tìm phần nguyên của một số
- Giải hệ bất phương trình:
- Tìm (theo độ) giá trị dương nhỏ nhất của nếu
- Từ đỉnh của góc vuông của tam giác, một đường vuông góc hạ xuống cạnh huyền. Trên đường vuông góc này, cũng như trên đường kính, một vòng tròn được xây dựng. Các tiếp tuyến được vẽ từ hai đầu cạnh huyền với đường tròn này, chạm vào nó tại các điểm M và N và cắt nhau khi đi tiếp tại điểm L.
Tìm độ dài các tiếp tuyến MZ và NZ nếu cạnh huyền bằng 6. - Một quả bóng có bán kính 2,5 chạm mặt ABC của cạnh ABCD tại điểm C và cạnh BD tại điểm D. Phần kéo dài của cạnh AD cắt các bề mặt của quả bóng lần thứ hai tại điểm K sao cho CK là đường kính của quả bóng.
Tìm thể tích của paramid nếu BD=10, AC=12.
I. G. Venetsky, Yu. I. Sorkin
58
Nhiệm vụ
-
Ở thành phố Vasyuki, mỗi gia đình chiếm một ngôi nhà riêng. Một ngày nọ, mỗi gia đình chuyển đến một ngôi nhà mà trước đây một gia đình khác đã ở. Để kỷ niệm ngày này, hội đồng thành phố quyết định sơn tất cả các ngôi nhà màu đỏ, xanh hoặc vàng để mỗi gia đình có màu sắc của ngôi nhà cũ và mới không trùng nhau. UBND thành phố có được phép làm việc này không?
-
Bạn và một người bạn đang đi xuống một khu mỏ rất sâu. Bạn có trong tay một chiếc cân đòn bẩy để cân bằng tải 1 kk. Bạn của bạn có một cái cân lò xo trên đó một tải trọng cũng nặng 1 kk. Quy mô có thay đổi khi bạn đi rất sâu không?
-
1974 số được viết thành một vòng tròn. Nếu bạn đọc theo chiều kim đồng hồ, bắt đầu từ một vị trí nhất định, bạn sẽ nhận được một số chia hết cho 27. Chứng minh rằng nếu bạn đọc nó từ một vị trí khác, bạn cũng sẽ có một số chia hết cho 27.
-
Bạn cần đun nóng nước trong đèn cồn. Với mục đích này, hai loại kính được cung cấp: một loại làm bằng thủy tinh dày, một loại kính rất mỏng. Bạn sẽ chọn ly nào?
-
Ba người có một chiếc xe máy hai chỗ có thể đi được quãng đường 60 km trong ba giờ không? Vận tốc của người đi bộ là 5 km/h, vận tốc của xe mô tô (có tải hoặc không tải) là 50 km/h.
Bản vẽ của E. Nazarov
59
Câu đố và đồ thị
MP Barbolin
Mọi người đều biết bài toán để đổ, vượt; sự phân chia. Họ đã có nền tảng vững chắc trong việc thực hành các vòng tròn toán học, Câu đố, buổi tối toán học, v.v. Thông thường, những bài toán như vậy được giải “trong tâm trí” và đòi hỏi sự thông minh và khéo léo đáng kể. Việc tìm kiếm lời giải như vậy bài toán theo bất kỳ cách nào đều không khó. Việc chỉ ra con đường ngắn nhất hoặc tất cả các cách có thể lời giải sẽ khó hơn nhiều.
Đáp số Những câu hỏi này có thể được trả lời dễ dàng bằng sơ đồ đồ họa bao gồm các dấu chấm được nối với nhau bằng mũi tên. Các sơ đồ như vậy được gọi là đồ thị.
Bài toán 1. Có hai mục tiêu: một bình sữa đầy 8 lít và hai bình rỗng 5 và 3 lít. Làm thế nào họ có thể chia sữa đều nhau?
Đối với lời giải bài toán chúng tôi sẽ sử dụng biểu đồ. Chúng ta hãy gán một số cho mỗi bình: bình 8 lít là số 1, bình 5 lít là số 2, bình 3 lít là số 3. Chúng ta hãy xem xét các phương án khả thi để đổ đầy bình sau một lần truyền máu.
Lúc đầu bình số 1 đầy, bình số 2 và bình số 3 rỗng.
Chúng ta hãy biểu thị trạng thái này bằng dấu chấm (8.0.0.) (Hình 1). Bây giờ từ bình số 1, bạn có thể đổ năm lít vào bình số 2 hoặc ba lít vào bình số 3. Kết quả là có hai tùy chọn mới để đổ đầy bình (3.5.0.) và (5.0.3.). Chúng tôi cũng sẽ mô tả chúng bằng các dấu chấm và bằng các mũi tên, chúng tôi sẽ chỉ ra rằng chúng được lấy từ phiên bản gốc (8.0.0.) (Hình 2). Không thể có được các lựa chọn khác chỉ bằng một lần truyền máu.
Chúng tôi thực hiện lần truyền máu thứ hai. Để chắc chắn rằng bạn không bỏ lỡ bất kỳ cơ hội nào, chúng ta hãy nhìn vào những người ném bóng theo thứ tự số. Chúng tôi chọn tùy chọn (3.5.0.) (trong bình số 1 - 3 lít, trong bình số 2 - 5 lít, bình số 3 - rỗng). Từ bình số 1, bạn chỉ có thể đổ sữa vào bình số 3, dẫn đến tùy chọn rót mới: (0.5.3.). Trên đồ thị, từ điểm (3.5.0.) ta vẽ một mũi tên đến điểm (0.5.3.) (Hình 3). Từ bình số 2, bạn có thể đổ sữa vào bình số 1 hoặc số 3 (chuyển vào hai bình được coi là hai lần truyền liên tiếp!), nhưng việc đổ vào bình số 1 không đưa ra lựa chọn mới (các phương án kết quả (8.0.0.) đã được xem xét), vì vậy không nên truyền máu. Chuyển sữa từ số 2 sang số 3, chúng ta có một phương án mới (3.2.3.), chúng ta thể hiện điều này trên biểu đồ bằng dấu chấm (3.2.3.) (Hình 3). Cái bình số ba rỗng nên có thể bỏ qua.
Tiếp theo chúng ta chuyển sang tùy chọn (5.0.3.). Lập luận tương tự như trên, ta có một phương án khác
60
(5.3.0.) và theo đó, có thể truy cập được biểu đồ.
Bây giờ rõ ràng là quá trình lời giải có xu hướng “phát triển” một cây biểu đồ. Tiếp tục lý luận, tiến tới biểu đồ trong Hình 4.
Nó hiển thị hai chuỗi đến từ điểm (8.0.0.) và kết thúc bằng tùy chọn mong muốn (4.4.0.). Chúng tương ứng với hai cách khác nhau
Cơm. 1
(8.0.0.)
(3.5.0.) (5.0.3.)
Cơm. 2.
(8.0.0.)
(3.5.0.) (5.0.3.)
(0.5.3.) (3.2.3.) (5.3.0.)
Cơm. 3.
(8.0.0.)
(3.5.0.) (5.0.3.)
(0.5.3.) (3.2.3.) (5.3.0.)
(6.2.0.) (2.3.3.)
(6.0.2.) (2.5.1.)
(1.5.2.) (7.0.1.)
(1.4.3.) (7.1.0.)
(4.4.0.) (4.1.3.)
Cơm. 4.
(4.4.0.)
tràn mong muốn:
Phương pháp I: (8.0.0.) → (3.5.0.) → (3.2.3.) → (6.2.0.)→ (6.0.2.)→ (1.5.2.)→ (1.4.3.)→ (4.4.0.).
Phương pháp II: (8.0.0.) → (5.0.3.) → (5.3.0.)→ (2.3.3.)→ (2.5.1.)→ (7.0.1.)→ (7.1.0.)→ (4.1.3.)→ (4.4.0.)
Bài toán 2. Người vận chuyển (P) cần vận chuyển một con sói (B), một con dê (K) và một bao bắp cải (M) qua sông. Chiếc thuyền nhỏ đến mức ngoài người vận chuyển, chỉ có thể mang theo một đồ vật. Ngoài ra, bắp cải không thể để cho dê, và dê không thể để cho sói. Làm thế nào để thực hiện việc vượt biển?
Với mục đích định nghĩa, hãy để mọi người ở bờ trái tại thời điểm ban đầu (L.B.). Hãy mô tả tình huống ban đầu dưới dạng một điểm và biểu thị nó như sau: (V.K.M.P. || -) (Hình 5). Trong chuyến bay đầu tiên, người vận chuyển chỉ được phép mang theo một con dê (vì nó không thể để lại với sói hoặc bắp cải). Kết quả là chúng ta thu được một tình huống mới: (V.M. || K.P.). (sói và cái túi ở bờ trái, con dê và người vận chuyển ở bên phải). Hãy mô tả nó như một điểm và vẽ một mũi tên tới nó -
Cơm. 5.
ku từ điểm (V.K.M.P. ‖ —), cho thấy nó được lấy từ tình huống (V.K.M.P. ‖ —) cho một lần vận chuyển. Người chở dê đi về một mình (không nên quay lại tình trạng ban đầu - dắt dê về). Tình huống mới nổi (V.M.P. ‖ K.) được biểu thị bằng một điểm trên biểu đồ. Tiếp theo, người vận chuyển có hai lựa chọn: mang theo sói (B) hoặc mang túi (M). Chúng ta có hai tình huống có thể xảy ra: (V. ‖ P.M.K.) hoặc (M. ‖ P.V.K.). Chúng tôi đại diện cho mỗi người trong số họ như một điểm trên biểu đồ. Xem xét tương tự từng phương án thu được, chúng ta sẽ đi đến tình huống bắt buộc: (— ‖ P.K.V.M.) (Hình 5). Hai đường dẫn (khớp một phần) trong biểu đồ tương ứng với hai chế độ khác nhau lời giải bài toán.
Bài tập
1 (Bài toán Poisson). Nhà toán học nổi tiếng người Pháp Simon Poisson (1781–1810) đã được đề nghị bài toán khi còn trẻ. Bắt đầu quan tâm đến nó, Poisson bắt đầu quan tâm đến toán học và cống hiến cả cuộc đời mình cho ngành khoa học này. Cái này bài toán.
Một người nào đó có 12 panh rượu (một panh là thước đo thể tích) và muốn cho một nửa số tiền này, nhưng người đó không có bình 6 panh. Anh ta có hai bình: một bình 8 panh, bình kia 5 panh.
Làm thế nào để bạn đổ 6 lít rượu vào bình 8 pint? Số lần truyền máu tối thiểu cần thiết là bao nhiêu?
- Có 4 thùng. Thùng thứ nhất gồm 24 thùng, thùng thứ hai có sức chứa 13 thùng, thùng thứ ba có 11 thùng, thùng thứ tư có 5 thùng. Lúc đầu chỉ có thùng đầu tiên được đổ đầy. Bạn cần đổ lượng chứa trong đó thành ba phần bằng nhau sao cho ba thùng đầu tiên mỗi thùng chứa 8 thùng và thùng thứ tư vẫn trống.
3 (Đồ cổ bài toán). Ba người lính và ba tên cướp phải qua sông. Họ tìm thấy một chiếc thuyền chỉ vừa với hai người. Bạn không thể để nhiều tên cướp trên bờ hơn binh lính. Làm thế nào cả sáu người họ có thể qua sông? Tìm mọi cách có thể.*)
*) Chỉ được phép để lại bọn cướp hoặc chỉ có lính trên bờ.
ĐÁP ÁN, HƯỚNG DẪN, GIẢI PHÁP
Về bài viết “Tiến trình số học-hình học”
(xem «Kvant», 1975, số 1)
- Hình 1 thể hiện một tam giác nhọn và một tam giác ngoại tiếp nó. Hãy biểu diễn góc thông qua góc . Bán kính và của đường tròn ngoại tiếp tam giác vuông góc với các cạnh và của tam giác và tạo thành một góc bằng ; Đó là lý do tại sao
đó là
Theo công thức (2) (tr. 37) ta tìm được
Theo đó chúng ta sẽ tìm thấy
Cơm. 1.
Cơm. 2.
61
62
- Hình 2 thể hiện các hình tam giác và . Lưu ý rằng vuông góc với , vuông góc với ( là tâm của đường tròn nội tiếp trong tam giác , và là các bisserex của các góc ngoài của tam giác, và - biểu diễn bisser của các góc trong tương ứng). Bởi vì
đó là
Từ công thức (2) chúng ta thu được
Các biểu thức tương tự dành cho và . Tại các góc của tam giác có xu hướng , tức là tam giác có xu hướng đều. - Hình 3 thể hiện các hình tròn và các hình tam giác nội tiếp và . chúng tôi có
đó là
Chuỗi các giá trị góc lại tạo thành một biểu thức số học-hình học
Cơm. 3
Cơm. 4.
sự tiến triển, và do đó
Tương tự như vậy chúng ta nhận được
Và
4. Chúng tôi có (xem hình 4)
Theo công thức (2)
Về bài viết “Mạng lưới giao thông và mạch điện”
- Chứng minh tương tự như chứng minh trong bài về bài toán về luồng cực đại. Trước tiên, chúng ta cần phân tích một nhánh và chỉ ra rằng cho và cho , nghĩa là
và (1)
Chứng minh mệnh đề được xây dựng ở bài toán, bao gồm hai phần: 1) thiết lập bất đẳng thức
(2)
với mọi giá trị , thỏa mãn các điều kiện a), 6), c) (xem trang 17) bài toán về việc giảm thiểu chi phí vận chuyển; 2) chứng minh rằng đối với dòng điện trong các nhánh của mô hình, bất đẳng thức (2) chuyển thành đẳng thức (trong trường hợp này, sự tương ứng (1) được sử dụng).
63
-
Nếu ít nhất một thỏa mãn bất đẳng thức thì , điều này mâu thuẫn với đẳng thức . Ở đây rõ ràng là nếu dòng điện chạy dọc theo nhánh thì .
-
Chỉ cần lấy chi phí vận chuyển các đơn vị hàng hóa bằng độ dài của các cung tương ứng là đủ. Lời giải bài toán xác định giá trị nhỏ nhất của tổng , bằng . Từ kết quả bài toán 2, tổng cuối cùng bằng độ dài của đường đi ngắn nhất từ đầu vào đến đầu ra của mạng và bản thân đường dẫn này được xác định bởi các nhánh mà dòng điện khác 0 đi qua.
Đến bài viết “Đường thẳng Euler”
Để cho ngắn gọn, vectơ bán kính sẽ được ký hiệu là . Theo quy tắc trừ vectơ, . Công thức này sử dụng lời giải bài toán 1-5.
-
- Lấy tâm của hình cầu được mô tả xung quanh tứ diện làm gốc của các vectơ. Xét rằng , trong đó là bán kính của hình cầu, chúng ta tìm thấy .
Vì , nên và do đó, , tức là . Tương tự, chúng ta thu được . Điều này có nghĩa là điểm nằm ở độ cao của tứ diện vẽ từ đỉnh . Tương tự, người ta chứng minh được điểm thuộc ba đường cao còn lại của tứ diện.
-
Coi bất kỳ điểm nào của không gian là điểm bắt đầu của vectơ, chúng ta có
a) Cho các đường cao của tam giác vẽ từ các đỉnh và cắt nhau tại điểm . Sau đó . và . Điều này có nghĩa là và , tức là các điểm cũng nằm trên chiều cao được vẽ từ đỉnh . -
Lấy điểm bất kỳ làm điểm bắt đầu của vectơ, ta thu được
- Lấy đỉnh của tứ diện làm điểm bắt đầu của các vectơ. Hãy ký hiệu , , , thì
Vì , thì , do đó . Do đó, , , đồng thời dương, bằng 0 hoặc âm, nghĩa là các góc , , đồng thời là nhọn, thẳng hoặc tù.
Nếu ít nhất một đỉnh có các góc phẳng là thẳng hoặc tù thì tất cả các góc mặt phẳng khác của tứ diện đều nhọn, do đó các mặt đối diện với đỉnh này là một tam giác nhọn.
-
- Chúng ta hãy chọn gốc các vectơ của tâm của hình cầu được mô tả về tứ diện trực tâm và tính vectơ bán kính của điểm . Nó tuân theo điều kiện . Sử dụng công thức (1) (trong bài viết), chúng ta tìm thấy , do đó . Xét rằng và , chúng ta nhận được . Do đó, các điểm và đối xứng với tâm tương đối của hình cầu được mô tả xung quanh khối tứ diện nằm trên hình cầu và là đường kính của hình cầu này.
Vì , nên . Từ sự giống nhau của các tam giác và suy ra , tức là đường kính của hình cầu nhìn thấy được từ điểm ở một góc vuông. Do đó, điểm cũng nằm trên mặt cầu.
-
- Hãy sử dụng kết quả của nhiệm vụ trước với cùng ký hiệu.
Một đồng âm với tâm gotetti và hệ số lấy điểm , , tương ứng với các điểm , , , trong đó là điểm chia đoạn trong tương đối , tính từ trung tâm tổ chức . Vì các điểm , , thuộc hình cầu mô tả về tứ diện nên Gotetti dịch hình cầu này thành hình cầu đi qua các điểm , , (hình cầu có 12 điểm),
64
và tâm của nó – đến tâm của hình cầu gồm 12 điểm sao cho .
Đến bài viết “Khi đồ thị trợ giúp”
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
Đến nhiệm vụ «Kvant» cho học sinh nhỏ"
(xem «Kvant», 1975, số 1)
-
Đi bộ một nửa quãng đường từ cây sồi đến cây du, rẽ trái một góc phải và đi bộ quãng đường đó. Lúc này lớp học đã được chôn cất.
-
Đặt hàng = 59.259.
-
Không, tôi sẽ không hiểu nó. Mỗi con chip sẽ được trộn vào một số vị trí chẵn và không thể đặt con chip đầu tiên vào vị trí cuối cùng (chuyển nó đi 99 vị trí).
-
Không thể thay đổi hướng chuyển động sang hướng ngược lại nếu không có sự tương tác với các vật thể khác.
-
Không. Trong mỗi nước đi, hiệp sĩ tiếp đất trên một hình vuông có màu khác nhau nên phải đi qua số ô vuông đen và trắng bằng nhau, nhưng kẻ bắt nạt Vasya đã cưa ra một số ô vuông đen trắng không bằng nhau.
Đối với các bài toán hình học
(xem «Kvant», 1975, Số 1, trang 63)
- Dễ dàng kiểm tra xem các điểm có chia đôi cung hay không.
- Chia cạnh cho điểm đối với . Trên mô tả hình bán nguyệt và khôi phục về tại điểm vuông góc (điểm – trên hình bán nguyệt). Tiếp tục và cho đến giao lộ của . Vẽ một đường tròn có tâm và bán kính , giao nhau tại . Qua vẽ song song với .
- Dễ dàng nhận thấy là tâm của đường tròn nội tiếp UVW. Do đó, (vì chia đôi ).
- Vẽ hợp âm qua và chia đôi bằng điểm . Qua vẽ dây cung vuông góc với . Tam giác – hình mong muốn.
- Vẽ một đường thẳng song song với cách nó một khoảng (), trong đó là bán kính của hình tròn đã cho. Nối tâm của hình tròn với và chia cho điểm sao cho . Vẽ một vòng tròn có tâm , chạm vào tại và đi qua . Hình tròn có tâm và bán kính là hình tròn bắt buộc (ký hiệu phụ thuộc vào việc các điểm và có cùng phía với hay ở các cạnh khác nhau hay không).
Ô chữ
Nằm ngang
6. Nhà vật lý người Ý, người đoạt giải Nobel. 7. Bộ phận chiếu sáng. 8. Nhà khoa học người Anh, người đã phát triển nền tảng lý thuyết về âm học và vật lý của dao động. 11. Nhà vật lý người Nga. 12. Nhà khoa học Liên Xô, người thiết kế máy dò khuyết tật siêu âm. 13. Phần chính của kết cấu bên trong động cơ. 16. Nhà vật lý người Nga. 18. Nhà vật lý người Pháp, người đã thiết lập định luật tương tác của điện tích. 19. Tủ bổ sung để đựng dụng cụ đo. 20. Hợp kim dùng trong kỹ thuật điện. 24. Người phát minh ra logarit. 25. Đơn vị cảm ứng từ. 26. Vật liệu xây dựng. 30. Nhà thiết kế máy bay Liên Xô. 31. Điện cực triode bán dẫn. 32. Bộ phận chuyển động của máy điện. 33. Nhà vật lý và kỹ sư điện người Nga. 34. Chi tiết ổ trục.
Thẳng đứng
- Một thiết bị có độ dẫn điện một chiều. 2. Đơn vị dòng điện. 3. Phần cơ bản. 4. Nhà khoa học người Anh thế kỷ 16, người sáng lập ra khoa học tự nhiên thực nghiệm. 5. Ống chân không hai điện cực dùng để thu dòng điện xoay chiều. 9. Nhà vật lý nổi tiếng người Đức thế kỷ 19. 10. Đơn vị đo áp suất. 14. Số lượng chuyển động. 15. Nhà vật lý người Anh thế kỷ 19, người đã tạo ra một trong những nguyên tố điện. 17. Nhà khoa học Mỹ - người sáng lập ngành điều khiển học. 18. Đơn vị trọng lượng. 21. Nhà vật lý Liên Xô, người đoạt giải Nobel. 22. Kỹ sư người Nga đã cải tiến hàn điện. 23. Chất lỏng nhớt không màu. 26. Điện cực. 27. Nhà vật lý Liên Xô, người đoạt giải Nobel. 28. Phần sơ cấp. 29. Khối nhựa nhiệt dẻo.
Biên soạn bởi Sh. Sarkhatov
PHÍCH CẮM ĐA NĂNG
Tìm một hình dạng phích cắm có thể bịt kín bất kỳ lỗ nào trong ba lỗ đã cho trên tấm ván (sẽ vừa với các lỗ này mà không có khe hở).