Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Чистяков В.Д. Старинные задачи по элементарной математике

.pdf
Скачиваний:
23
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
8.09 Mб
Скачать

■274

Р е ш е н и е г е о м е т р и ч е с к о е . На полупериметре р рассматриваемых прямоугольников, как на диа­ метре, построим полуокружность (рис. 57). Далее диа­ метр разделим на два отрезка х и р х и в точке деления к диаметру восставим перпендикуляр. Тогда его

 

длина

численно будет равна j / S , так

 

как должно выполняться равенство

 

 

 

х)х = S.

 

РИ С . 57

Ясно,

что

5 достигнет

максимума,

если

длина

указанного

перпендику­

 

ляра будет равна радиусу,

т. е. при

с _Д1

6- т г -

аэто возможно тогда, когда

р х — х или х = ~y ,

т. е. когда данный прямоугольник будет квадратом.

Автором рассмотренной задачи является виднейший англий­ ский математик Джон Валлис (1616— 1703) — профессор Окс­ фордского университета, составитель многих трактатов по мате­ матике. Валлис занимался вопросами научного обоснования гео­ метрии как дедуктивной науки, вытекающей из ранее предпослан­ ных аксиом. В частности, ему принадлежит оригинальная попытка доказать аксиому параллельности и свести ее таким образом в разряд теорем. Это ему удалось сделать путем введения другой аксиомы, которая известна под названием «аксиомы Валлиса»: для всякой фигуры существует подобная ей фигура любых размеров

ЗЛПМ++ЛЯ- €ВРОПЛ

275

219.Обозначим точки пересечения противополож­

ных сторон А В и DE, ВС и EF, CD и /М

соответ­

ственно точками L, М, N.

Требуется

доказать,

что

точки L, М, N лежат на одной прямой (прямой Пас­

каля). Соединим

А и С, А и Е

 

 

 

F

 

прямыми. На чертеже (рис.

58)

 

 

 

 

 

они обозначены пунктирной

ли­

 

 

 

 

 

нией. Опишем вокруг треуголь­

 

 

 

 

 

ников ACN, ЕСМ, AEL окруж­

 

 

 

 

 

ности. Обозначим через Р точ­

 

 

 

 

 

ку

пересечения

первых

двух

 

 

 

 

 

окружностей, отличную от точ­

 

 

 

 

 

ки С. Докажем,

что третья ок­

 

 

 

 

 

ружность также

проходит через

 

 

 

ZA PE =

точку Р. Для этого достаточно доказать,

что

= Z.ALE. Докажем

это.

 

 

 

 

 

 

' Z АРЕ = Z АРС + Z CPE =

^ DEF~ ^ ABC +

+

kj FAB — w CDE

w EF '-и CD -)-

FA

ВС

 

2

г~

 

 

2

 

 

 

 

 

w EFA — w BCD

Z ALE.

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Докажем теперь, что точки М, N

и

Р лежат

на

одной прямой. Для

этого

докажем, что

Z СРМ

 

+

CPN = 180°:

 

 

 

 

 

 

FABC.

 

 

Z СРМ = 180° — Z СЕМ =

Z CEF

=

w

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

■270

Z CPM + Z CPN =

' FABC , <j CEF

 

FABCEF

180°.

 

Аналогично докажем, что точки L, Р и М лежат также на одной прямой. Для этого докажем, что

ZEPM + ZEPL = 180°:

Z ЕРМ = Z ЕСМ = 180° — Z ВСЕ =

= 180°— 'и Е^ АВ-

Z

=

180° — Z ВАЕ = 180°

^ BCDE

2

 

 

 

 

 

 

Z ЕРМ + Z EPL= 180°

 

■EFAB

 

 

+

+

180°

- BCDE

= 360°

■BCDEFAB

 

 

2

^

 

2

= 360° — 180°= 180°.

Итак, точки М, Р, N лежат на одной прямой, точ­ ки Ь; Р, М лежат тоже на одной прямой. Следова­ тельно, точки М, L, N лежат на одной прямой, что и требовалось доказать.

Блез Паскаль (1623— 1662) — французский математик, физик и философ. Математический талант проявился уже в детские годы. В юности открыл для себя первые теоремы планиметрии. Среди придуманных им фигур были треугольники, параллелограм­ мы, круги, пирамиды и т. д.

Задача Паскаля, решение которой рассмотрено выше, состав­ ляет частный случай более общей задачи — теоремы Паскаля, ко­ торую можно сформулировать так: «Во всяком шестиугольнике,

ЗЛГИД +Ь*» €ВРОПЛ

277.

вписанном в коническое сечение (окружность, эллипс, гипербола, парабола, пара прямых), точки пересечения противоположных сторон лежат на одной прямой». Паскаль эту теорему доказал в возрасте 16 лет, сначала для окружности (задача Паскаля), а за­ тем сделал заключение о правильности ее для любого коническо­ го сечения, исходя из того, что такое сечение может быть полу­ чено из окружности путем проектирования и сечения. Свои от­ крытия, сделанные до 1639 г., Паскаль опубликовал в 1640 г. в первом своем трактате «Опыт теории конических сечений», пред­ ставляющем афишу размером 4 7 x 3 9 см.

Теорема Паскаля является одной из основных теорем со­ временной проективной геометрии, изучающей самые общие свой­ ства фигур, остающиеся неизменными при произвольных цент­ ральных проектированиях и сечениях. Биографы Паскаля утвер­ ждают, и это совершенно правильно, что уже одной этой теоре­ мы было бы вполне достаточно, чтобы имя Паскаля стало известно всему миру как имя первоклассного ученого-математика.

Паскаль имеет в области

математики и другие весьма

важ­

ные открытия. Так, в трактате

«О характере

делимости

чисел»

сформулирован общий признак делимости целых чисел на другое

целое

число,

основанный на

подсчете

суммы

цифр

делимого.

В «Трактате об арифметическом

треугольнике» приведен

способ

вычисления биномиальных коэффициентов и

сформулирован

ряд

законов теории вероятностей, причем

доказательства даны

мето­

дом математической

индукции,

методом,

который здесь

впервые

в науке был

четко сформулирован и применен

при

доказатель­

стве теорем и решении задач.

В своих

геометрических

работах

на вычисление площадей и объемов

Паскаль

подготовил

почву

для открытия дифференциального и интегрального исчисления.

220.

 

Рассмотрим

следующие

предельные

случаи

задачи Паскаля.

 

 

вершины

шестиугольника,

I

с л у ч а й . Пусть две

вписанного

в

окружность,

совмещаются,

тогда

сторона,

принадлежащая

 

этим

вершинам,

превра­

щается

в

касательную (рис.

59,а).

В

этом

случае

10 В. Д. Чистяков

'278

имеет место следующее утверждение: во всяком пяти­ угольнике, вписанном в окружность, точки пересече­ ния двух пар несмежных сторон и точка пересечения пятой стороны с касательной в противоположной вер­ шине лежат на одной прямой.

II с л у ч а й . Аналогично четырехугольник, вписан­ ный в окружность, будем рассматривать как шести-

ЗЛПЛ4-Н-** €ВРОПД

27£.

угольник, у которого две вершины совмещены. В этом случае выполняется предложение: во всяком четырех­ угольнике, вписанном в окружность, две пары проти­ воположных сторон и одна пара касательных в про­ тивоположных вершинах пересекаются в трех точках, расположенных на одной прямой (рис. 59, б).

Проводя касательные во всех вершинах четырех­ угольника, легко доказать предложение: во всяком че­ тырехугольнике, вписанном в окружность, две пары противоположных сторон и две пары касательных в противоположных вершинах пересекаются в четырех точках, расположенных на одной прямой (рис. 59, в).

III с л у ч а й . Наконец, будем считать треугольник, вписанный в окружность, шестиугольником, у которо­ го все вершины двойные (попарно совмещенные). То­ гда выполняется предложение: во всяком треугольни­

ке,

вписанном в окружность, три точки пересечения

его сторон с касательными в противоположных верши­

нах лежат

на одной прямой (рис. 59, г).

 

 

221.

Сформулированная выше задача взята из трак­

тата Паскаля, носящего название

«Особенности дели­

мости чисел».

 

 

 

 

 

Паскаль решает эту задачу при помощи следую­

щих рассуждений. Пусть, говорит он, при делении 10

на

число

А получается

остаток

гъ при делении 10rt

на

А — остаток

г2, при

делении

10г2 на

А — остаток

г3

и т. д.

Если

данное число; например

четырехзнач­

ное, будет иметь вид MCDU, где М, С, D, U ,— циф­ ры тысяч, сотен, десятков и единиц, то общий приз­ нак делимости этого числа на А следующий.

10*

СВ

'280

Если U + Dr1+

Cr2-f Мг3 делится на А (кр. А),

то на А делится и

число

MCDU.

В самом деле, пусть

 

 

 

Ю = A qi +

г-i,

 

10/-J =

Aq2 +

г2 ,

10г2 = A Q3 г3.

Тогда

U -f- Dri -f- Cr2 ~4—Л1/*з = U jD (10 — Aqi) -f- C (10/"i

Aq2) + M(\0r2 — Aq3) = U + 10D + 10C (10 —

Aq^) + 10M(10rj. — Aq2) — кр. A — U -f- 10D -f

+ 100C + 100Л1 (10 — AqJ — кр.A = U + 10D -f- + 100C+ 1 000А1 — кр. A.

Что и нужно было установить!

222.Решается задача при помощи следующих рас-

суждений: ~

+ -g- + ~y -Ц-

составляет 26 000.

Отсюда

составляет 2000. Следовательно, первый

даст

12 000,

второй — 8000 и третий — 6000 ливров.

Данная задача взята из сборника задач француз­

ского

математика Жака Озанама

(1640— 1717) — со­

ставителя четырехтомного пособия

«Курс математики».

З Л П € В Р О П Д

281

223.

у* — 3

а2у2 +

3а3у -----а*

уг—2ау+а2

 

 

а*

 

у* ±

2ау3 + а2у2____________

у2-\-2ау g

 

 

2ш/3 — 4 ~y

а2у2 +

За:,{/

 

 

 

 

 

2ш/3 ±

4а2у2 + 2а*у________

 

 

 

 

а2у2 -I- а 'у -----^

а*

 

 

 

 

± 4 - а2у2 + а*у ±

а*

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

Эта

задача

 

взята

из

«Всеобщей

арифметики»

И. Ньютона (1642 — 1727) — английского

 

математика

и физика.

 

 

 

 

 

 

 

 

Исаак

Ньютон

был сыном фермера,

умершего

еще до

рож­

дения ребенка. Уже

в раннем

детстве

будущий

ученый

про­

явил склонность к самостоятельным занятиям и серьёзной учебе. Учился в Кембриджском университете, где поражал учите­ лей своими математическими способностями. Со временем он

стал профессором этого университета. С 1703 г. был президен­ том Лондонского королевского общества, которое объединяло крупнейших ученых того времени.

Исаак Ньютон является автором замечательного трактата «Математические начала натуральной философии» (1687), где из­ ложены знаменитые законы Ньютона в области механики и ряд других открытий. В 1707 г. Ньютоном был написан трактат «Всеобщая арифметика», где алгебраический метод нашел со­ временную символику и изложение.

На памятнике Ньютону, поставленном на его могиле в Лон­ доне, имеется надпись: «Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, ко­ торый почти божественной силой своей впервые объяснил с помощью своего математического метода движение и форму планет, приливы и отливы океана. Он первый исследовал разно­

•282

образие световых лучей и проистекающую отсюда особенность цветов, каких до того никто даже не подозревал... Пусть смерт­ ные радуются, что в их среде жило такое украшение челове­ чества».

224. Ньютон эту задачу решал так. Положим

АВС = a, AD = у (рис. 60). Так как

угол ABD дан, то

дано будет

(по

таблицам синусов или тангенсов)

отношение

между

линиями

AD

и BD, которое положим

равным d

к /.

Итак,

d: I — у. BD,

откуда

РИС. 60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

Точно так же, поскольку дан угол ACD, отноше­

ние AD: CD’ положим

равным

d : /, так что

 

 

DC = Jy_

 

 

 

Но

 

d

 

 

 

 

DC = ВС,

 

 

 

BD +

 

 

 

т. е.

 

 

 

 

 

 

J L

+

J L

= а .

 

 

 

d

^

d

 

 

 

 

Преобразуя это уравнение посредством умножения

обеих сторон на d и деления

на I + /,

вы получите

Эта задача взята из книги Исаака Ньютона «Все­ общая арифметика или книга об арифметических син­ тезе и анализе».

283

 

ЗЛПЛ4++*Я- £ВРОПЛ

 

 

 

 

 

225. Р е ш е н и е

Н ь ю т о н а .

«Если 12

быков за

4 недели поедают 3

югера, то в силу пропорциональ­

ности 36 быков за 4

недели, либо 16 быков за 9 не­

дель, либо 8 быков

за

18 недель поедят

10

югероз

травы, предполагая, что трава перестает расти.

Но так

как трава растет, то

21 бык за 9 недель съест лишь

1.0 югеров -травы; значит,

трава,

которая выросла на

10 югерах за последующие 5 недель, сможет

прокор­

мить в течение 9 недель избыток 21 быка над516 бы-

ками, или

5 быков, либо,

что то же

самое, -у- быка

в течение

18 недель. Прирост травы за

14 недель

(избыток .18 над первыми 4) может

аналогичным

об­

разом прокормить 7 быков

в течение

18 недель,

ибо

5 недель : 14 неделям =

быка : 7

быкам.

Прибавь­

те поэтому этих 7 быков, которых сможет прокормить

один лишь прирост травы,

к 8, которых прокормила

бы трава

без прироста

по

истечении

четырех

первых

недель;

сумма будет

15

быков.

Наконец,

если

10 югеров могут прокормить 15 быков в течение 18 недель, то в силу пропорциональности 24 югера смо­ гут прокормить за это же время 36 быков.

Остановимся на алгебраическом решении -этой за­ дачи. Обозначим через у вспомогательное неизвестное, означающее, какая доля первоначального запаса травы прирастает на 1 югере в течение недели. Тогда на

первом лугу в течение

недели прирастет травы 3 ~ у,

а в течение 4 недель

— 3

У • 4 = ~ у того запа­

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ