Неделя математики. Петуховой Нины Михайловны
 Скачать 0.7 Mb.
|
|
МАТЕМАТИКА В ХИМИИ Благодаря достижениям математики и вычислительной техники, недавно возникла квантовая химия, которая изучает вопросы строения и реакционной способности химических соединений. С помощью ЭВМ можно проводить даже химические эксперименты без пробирок и колбочек, т.к. решив уравнения, машина даёт вам ответ, какое именно химическое соединение получится при взаимодействии исходных веществ. При этом бывают неожиданности. Так, например, ЭВМ утверждала, что при взаимодействии газообразного аммиака и хлористого водорода образуется газообразный хлористый аммоний. Химики привыкли к тому, что образуется твёрдый продукт, однако потом выяснилось, что правы и машина и химики. МАТЕМАТИКА В БИОЛОГИИ Долгое время биология и медицина были науками относительными. При наборе солдат во Франции записывали рост, цвет волос, вес и т. д. Сто лет регистрировали эти, вроде бы, случайные данные. Но вот появились вычислительные машины, и один из ученных решил с помощью математической статистики обработать эти данные. Посчитав на ЭВМ, он понял, что случайные признаки вовсе не случайные – неожиданно выяснилась закономерность – процент новобранцев -брюнетов из года в год снижается. ШУТОЧНЫЕ ЗАДАЧИ Пожарных учат надевать штаны за три секунды. Сколько штанов успеет надеть хорошо обученный пожарный за 1 минуту? (20). В бублике одна дырка, а в кренделе в 2 раза больше. На сколько меньше дырок в 7 бубликах, чем в 12 кренделях? 12 х 2 = 24, 24 – 7 = 17. Если младенца Кузю взвесить вместе с бабушкой – получится 59 кг. Если взвесить бабушку без Кузи – получится 54 кг. Сколько весит Кузя без бабушки? 5 Боксер, каратист, штангист погнались за велосипедистом со скоростью 12 км/ч. Догонят ли они велосипедиста, если тот, проехав 45 км со скоростью 15 км/ч, приляжет отдохнуть на часок? Нет. Площадь одного уха слона равна 10 000 кв.см. Узнай, в кв. м., площадь 2 ушей слона. 10 000 : 10 000 = 1 м2. Из родословной математики Математика – одна из древнейших наук. Дать ее краткое определение просто невозможно, ведь человек научился считать намного раньше, чем писать. С арифметики, науке о числе, начинается знакомство с математикой. Из родословной математики: ХХ век до н. э. – первые сведения об арифметике из стран Древнего Востока. VI век до н. э. – наиболее яркой личностью является Пифагор, который был ученым из Древней Греции. Ш век до н. э. – Эвклид и Архимед. Начало буквенной алгебры. IХ век н. э. – Трактат об индийском счете Мухаммеда Аль Хорезми “Десятичная позиционная система и нумерация”. Около 900 г. – Абу-Камиллой описаны вычисления и измерения сторон 5 и 10-угольника. ХШ век н. э. – Леонард Пизанский своим сочинением “Книга абака” – познакомил европейцев с достижениями математиков Востока. От индейцев пришли к нам цифры, которыми мы пользуемся и позиционная система счисления; от Аль-Каши, работавшего в самаркандской обсерватории – десятичные дроби. ХV век н. э. – вместе с изобретением книгопечатания появляются первые печатныекниги по математике. (Италия). ХVI век н. э. – Француз Ф.Виетт в своих трудах обозначил числа буквами. Появление алгебры. В арсенале математиков уже есть: нуль, отрицательные числа, обыкновенные и десятичные дроби, и многое другое. ХIХ век – Математика стала складывать и умножать не только числа, но и векторы, функции, матрицы и многое другое, а так же просто буквы, символы. Чтобы выбрать одного из четырех, кто будет выполнять задание, сидящие за столиком считаются. КТО ПРИДУМАЛ ЯЗЫК МАТЕМАТИКИ Черта, разделяющая члены дроби впервые появились у итальянского математика Леонардо Пизанского в 1202 году Заслуга введения десятичных дробей принадлежит самаркандскому математику Аль-Каши, а их европейским изобретателем в 1585 году стал голландский инженер Симон Стевин. Запятую после целой части десятичной дроби предложил ставить немецкий ученый Иоганн Кеплер (1571-1630). Знаки (+) и (—) впервые употребил немецкий математик Ян Видман. Знак равенства (=) был впервые введен английским математиком Робертом Рикордоном. Знак, обозначающий бесконечность (  ), ввел в 1655 году английский математик Джон Виллис. Знак радикала (  ) изобрел немецкий математик Ханс Рудольф 1525 г. и усовершенствовал голландский математик А. Жирар в 1629 г. Буквы “а”, “в”, “с” и …, для x, y, z – для обозначения искомых величин, а также x3, x4 для обозначения степени ввел 1637 г. Рене Декарт. Знаки умножения в виде точки (·) и деления в виде двух точек (:) впервые использовал Готфрид Лейбниц в 1684 г. и 1698 г. В 1675 г. Он же изобрел знаки интеграла и дифференциала. Квадратные скобки впервые употребил, в 1550 г., итальянский математик Рафаэль Бомбелли. ПРОИСХОЖДЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ТЕРМИНОВ Почти все термины по математике греческого происхождения. Геометрия – землемерие. Однако эти слова вошли в русский язык не непосредственно с греческого, а через латинский язык. Конус – (гр. конос – сосновая шишка). Цилиндр – (сначала гр. “кюлиндрос”, а затем на латинском “цилиндрус” – каток, валик). Сфера – (гр. “сфайра” – мяч). Пирамида – (египет. “пурама”). Трапеция – (лат. “трапезиум” – столик; заметим “трапеза” – стол). Ромб – (лат. “ромбус” – бубен). Мы привыкли бубен – круглой формы, а раньше были в виде квадрата или ромба. Точка – (лат. “пункт” – пунктир; “пунктум” – укол, медицинский термин “пункция” – прокол). Диагональ – (гр. “диа” – через, “гония” – угол, рассекающий углы. В круге нет углов, поэтому нет и диагоналей). Хорда – струна. Корень – (квадратный или корень уравнения) пришло от арабов. Арабские ученые представляли себе квадрат числа, вырастающий из корня – как растение, и потому называли корнями. Радикс – корень по-латыни. Вслушайтесь – следы его можно найти в словах: редис, редька. Радикулит – воспаление нервных корешков. Великие имена в математике Евклид (III в до н.э.) Наука располагает очень скудными биографическими сведениями о жизни и Деятельности Евклида. Известно, что он родом из Афин, был учеником Платона. По приглашению Птолемея I Сотера переехал в Александрию и там организовал математическую школу. Как свидетельствует Папп Александрийский (III век н. э.), Евклид был человеком мягкого характера очень скромным и независимым. О его прямоте и независимости можно судить по следующему факту. Однажды царь Птолемей спросил Евклида: «Нет ли в геометрии более короткого пути, чем тот, который предложен Евклидом в его книгах? На это Евклид якобы ответил: «Для царей нет особого пути в геометрии!..» К III веку до новой эры в Греции накопился богатый геометрический материал, который необходимо было привести в строгую логическую систему. Эту колоссальную работу и выполнил Евклид. Он написал 13 книг «Начал» (геометрии), которые не утратили своего значения и в настоящее время. Евклид не только систематизировал тот геометрический материал, который был известен до него, но и дополнил его своими собственными исследованиями. Значение «Начал» Евклида в истории математической науки трудно переоценить. «Начала» Евклида составили целую эпоху в развитии элементарной геометрии. В течение долгих веков «Начала» были чуть ли не единственной учебной книгой, по которой молодежь изучала геометрию, и не потому, что других книг по геометрии не было. Эти книги были. Но они вытеснялись «Началами» Евклида и скоро забывались. Насколько популярны «Начала» Евклида можно судить по тому факту, что в английских школах и теперь геометрия изучается по некоторым из этих книг. Более того, в настоящее время школьные учебники на всех языках мира или дословно копируют «Начала» Евклида, или написаны под их большим влиянием. Кстати сказать, «Геометрия» А. П. Киселева, которая у нас долгое время являлась стабильным учебником в школе, написана по книгам, которые в свою очередь созданы по «Началам» Евклида с большим заимствованием оттуда формы и содержания, причем доказательства некоторых теорем, например теоремы Пифагора, взяты из Евклида дословно. Как указывалось выше, «Начала» Евклида состоят из 13 книг. Содержание этих книг следующее: первая книга приводит условия равенства треугольников, соотношения между сторонами и углами треугольников, теорию параллельных линий и условия равновеликости треугольников и многоугольников; во второй книге даются методы превращения многоугольника в равновеликий квадрат; третья содержит учение об окружности; в четвертой рассматриваются вписанные и описанные многоугольники; шестая содержит учение о подобных фигурах; в последних трех книгах, т. е. в одиннадцатой, двенадцатой и тринадцатой, излагаются основы стереометрии. Остальные книги, не упомянутые выше, т. е. пятая, седьмая, восьмая, девятая и десятая, посвящены теории пропорций и арифметике, причем изложение чисто геометрическое. В «Началах» Евклида дан образец дедуктивного изложения геометрического материала на основе предпосланной системы аксиом и других достоверных истин. Демокрит /ок.460-370 до н.э./ Греция Демокрит был опытным геометром и писал о несоизмеримых линиях, о числах и перспективе. Демокрит составил один из первых трактатов «О геометрии», который, к сожалению, до нас не дошел и о содержании которого можно только догадываться. Как и Фалес, Демокрит был атеистом. Он отвергал божественное происхождение Вселенной. Сущностью всех вещей считал атомы и пустоту. Отвергал бессмертие человеческой души и не верил в творческую способность мифологических богов, которыми так богата древнегреческая языческая религия. Основой всех явлений природы Демокрит считал не проявление божественных сил, а естественные законы, которые подлежат научному изучению. По взглядам Демокрита: — Мир материален. — Материя первична, а сознание и познаваемость мира вторичны. — Материя — вечно движущиеся в пустоте атомы. — Атомы — кирпичи мироздания. Они неделимы, неизменны, качественно однородны и отличаются друг от друга лишь внешней формой. — Различные вещи чувственного мира возникают из однородных, но различной формы атомов так же, как из отдельных букв составляются различные слова. — Органический мир возник из влажной земли. Формы организмов с течением времени изменялись и совершенствовались. — Душа —источник живых тел — также материальна и состоит из атомов. — Атомы души отличаются от атомов неживой природы только формой; атомы души более подвижны и имеют круглую форму. — Не существует загробной жизни. С гибелью организма в результате распада атомов наступает одновременно и смерть души. — Отдельные миры есть результат больших атомных скоплений, к которым обычно приводят атомные вихри. — Никакого разумного плана, предначертанного божеством, в природе нет. В мире все происходит в силу причинной необходимости. — Ни в природе, ни в обществе ничего не может быть случайного. «Люди, — говорит Демокрит, — измыслили идол [образ] случая, чтобы пользоваться им как предлогом, прикрывающим их собственную нерассудительность, ибо редко случай оказывает сопротивление разуму, чаще же всего в жизни мудрая проницательность направляет к достижению поставленной цели». — Основанием религиозных предрассудков является страх и невежество людей. «Древние,— учил Демокрит, — наблюдая небесные явления, как-то: гром, молнии, перуны, сближение звезд, затмения солнца и луны — приходили в ужас и полагали, что виновники этого — боги». — Средством для преодоления предрассудков являются знание и просвещение. Как ученый Демокрит весьма разносторонен. Он имеет ряд трудов и в области естествознания. В частности, ему приписывают сочинение об анатомии хамелеона. Трактат «О природе человека» содержал весьма ценные анатомо-физиологические сведения. По зоологии и ботанике им собран обширный материал. Демокрит был твердо убежден в том, что в органическом мире все возникает не для каких-то целей, а в силу «необходимости», т. е. естественных причин. Целесообразное же строение организмов объясняется выживанием особей с удачным сочетанием органов. Демокрит высказал гениальную догадку о существовании микроорганизмов, которые, проникая в тело человека, вызывают тяжелые заболевания. Философские и естественнонаучные воззрения Демокрита имели важное значение для развития материализма и атомистики.
В IV веке по всей Римской империи прокатилась волна свирепых погромов языческих храмов и безжалостного преследования инаковерующих ученых со стороны христианской церкви. Так, жадной до наживы толпой христианских монахов в 391 году была сожжена знаменитая Александрийская библиотека, насчитывавшая до 7000 тысяч ценных рукописей. Библиотека помещалась в роскошном храме египетского бога Сераписа. От храма и библиотеки остался один только прах да фундамент, сложенный из очень тяжелых плит. Поводом варварского уничтожения языческих храмов были, конечно, не благочестивые стремления христиан, а их неукротимая алчность. Главой христианских банд, уничтожавших величайшие культурные ценности народа, был не кто иной, как сам архиепископ Феофил, наживший путем грабежей языческих храмов несметные богатства и снискавший среди египтян прозвище «христианского фараона». Архиепископ Феофил тратил баснословные денежные суммы на подкуп служителей в императорском дворце и содержал там на своем жалованье массу шпионов, которые доносили ему обо всех «земных делах» царедворцев, на ход которых он оказывал большое влияние. Со смертью Феофила продолжателем всех его «святых» дел стал его племянник Кирилл. Новый преемник приумножил славу «святой» церкви тем, что организовал в Александрии и других городах еврейские погромы и спровоцировал расправу над знаменитой Гипатией, последней видной представительницей древнегреческой философии и математики. Гипатия, по описанию историков, была женщиной необыкновенной красоты и большого ума. Отец Гипатии — Теон Александрийский, крупный ученый-математик, написавший весьма ценные толкования к астрономическому сочинению Птолемея и на знаменитые геометрические «Начала» Евклида. Образование Гипатия получила под руководством своего отца, принадлежавшего к числу ученых Александрийской школы. Гипатия, помимо математики, занималась также философией и астрономией. Ее сочинения до нас не дошли. Но хорошо известно, что Гипатия написала обстоятельные комментарии по теории конических сечений Аполлония Пергского и на алгебраические сочинения Диофанта Александрийского. Кроме того, ею составлен ряд работ по философии и астрономии. Утверждают, что Гипатии принадлежит честь изобретения ареометра — прибора для определения плотности жидкости, астролябии — прибора для определения широт и долгот в астрономии — и планисферы — изображения небесной сферы на плоскости, по которому можно вычислять восход и заход небесных светил. Около 400 года Гипатия была приглашена читать лекции в знаменитую Александрийскую школу. Она заняла кафедру философии, одну из ведущих кафедр школы. Лекции она читала при большом стечении слушателей. Слава о ней разнеслась далеко за пределы Александрии. Свои лекции Гипатия обычно начинала с изложения избранных вопросов математики, затем переходила к ее приложениям и другим наукам, совокупность которых составляла древнюю философию. На поклон к женщине-философу и математику со всех концов Римской империи стекались ученые, чтобы приобщиться к источнику красоты и ума. Поэты слагали о ней стихи. Вот одно из таких посвящений: Когда ты предо мной, и слышу речь твою, Благоговейно взор в обитель чистых звезд Я возношу, — так все в тебе, Гипатия, Небесно — и дела, и красота речей, И чистый, как звезда, науки мудрый свет... Ясно, что эта растущая в народе популярность язычницы Гипатии не нравилась «святому» архиепископу Кириллу, и он задумал уничтожить ее. Ему не стоило особого труда натравить на нее монахов. Скоро представился и подходящий случай. Поводом послужила насильственная смерть одного из христиан города. Убийца не был известен. Есть основание предполагать, что все это было подстроено приспешниками Кирилла. Архиепископ дал понять монахам, что убийство совершено язычниками, а вдохновителем этого убийства является Гипатия. Этого было вполне достаточно, чтобы спровоцировать фанатичную толпу на самосуд. Разъяренная толпа с гиком негодования бросилась к дому, где жила Гипатия, но там ее не оказалось. Тогда убийцы расположились у дверей дома и стали ждать ее возвращения. Скоро к дому подкатила колесница с ничего не подозревавшей Гипатией. Толпа с ревом набросилась на нее. Сорвала ее с колесницы и поволокла в церковь. Там, под сенью распятого Христа, изодрав в клочья всю одежду, несчастную изуродовали обломками черепиц и битых сосудов. Затем тело мученицы волочили по улицам Александрии. Когда порыв бешенства толпы немного утих, тело Гипатии было разрублено на куски и сожжено на костре. Чтобы замести кровавые следы гнусного злодеяния, представители церкви позднее придумали версию, что Гипатия умерла от рук язычников, что церковь в ее смерти совершенно не повинна. Для большей убедительности Гипатию объявили «святой» и стали называть «святой великомученицей Екатериной». Но это еще не все. Через несколько столетий церковники «открыли» мощи святой великомученицы Екатерины и на этом успокоились. Так церковь путем грязных махинаций свалила вину с больной головы на здоровую. Но память народа долговечна и ее не обмануть. С гибелью Гипатии Александрийской фактически закатилось солнце древнегреческой математики. Гипатия была ее последней представительницей. Конечно, были математики и после Гипатии, но их творческий накал был куда слабее. «После этих последних вспышек пламя греческой математики погасло, как догоревшая свеча».
Авиценна (Абу-Али ибн-Сина) — великий таджикский ученый-энциклопедист, много сделавший для процветания математической науки. Родился в бухарском селении Афшана. Уже в молодости стал видным ученым и овладел многими профессиями. Он был крупным астрономом, замечательным математиком, видным химиком и одаренным врачом-исследователем. В своих математических трудах Авиценна обобщил достижения своих современников и предшественников, а также ставил и разрешал собственные математические проблемы. Большую роль для развития математической науки сыграли комментарии и дополнения Авиценны к «Началам» Евклида. В своей арифметике Авиценна решал проблемы, которые в настоящее время принадлежат к теории чисел. Об этом красноречиво говорят следующие два правила Авиценны: Первое правило. «Если дано число, которое, будучи разделено на 9, дает в остатке 1 или 8, то квадрат этого числа, деленный на 9, дает в остатке 1. Если число, разделенное на 9, дает в остатке 2 или 7, то квадрат этого числа, разделенный на 9, дает в остатке 4. Если число, деленное на 9, дает в остатке 4 или 5, то его квадрат, деленный на 9, дает в остатке 7. Наконец, если число, деленное на 9, дает в остатке 3, 6 или 9, то его квадрат, разделенный на 9, дает в остатке 9». Второе правило. «Если число, деленное на 9, дает в остатке 1, 4 или 7, то его куб, деленный на 9, дает в остатке 1; если число, деленное на 9, дает в остатке 2,5 или 8, то его куб, деленный на 9, дает в остатке 8 и если число, деленное на 9, дает в остатке 3, 6 или 9, то его куб, деленный на 9, дает в остатке 9». Авиценна был непререкаемым авторитетом в самых разнообразных областях науки своего времени и по заслугам назывался тогда «главой философов». Историки рисуют Авиценну как человека, верившего в непобедимую силу разума, как борца против слепой веры в религиозные догмы и авторитет церкви. Он считал ложным утверждение церковников, будто бог управляет Вселенной и является вершителем судеб природы и общества. По мнению Авиценны, бог — недеятельная пустая абстракция, не имеющая никакого отношения к развитию окружающей нас материальной действительности, подчиняющейся только своим естественным внутренним законам. Великий ученый требовал, чтобы богословы не вмешивались в дела науки и не тормозили ее развития. Кроме научных сочинений, Авиценна писал стихи. Силой и мужеством звучат его атеистические четверостишия, в которых полным голосом он клеймит религиозных фанатиков и невежд. Так, в одном из таких четверостиший Авиценна писал: С ослом будь ослом, не обнажай свой лик! Ослейшего спроси — он скажет: «Я велик!» А если у кого ослиных нет ушей, Тот для ословства — явный еретик. Авиценна, как атеист и первооткрыватель многих вопросов науки, подвергался гонению. Его приговаривали к заключению в тюрьмах и к изгнанию, а книги его объявлялись еретическими и обрекались на сожжение.
|