Математическая планета. Путешествие вокруг света

Кладка — это конструкция из кирпичей, уложенных между двумя столбами или стенами. При качественной кладке предполагается, что от пола до потолка уложится целое число рядов кирпичей (то есть кирпичи не придется обрезать по высоте), при этом швы (раствор, скрепляющий кирпичи) должны иметь одинаковую ширину.

Эта задача решается умножением и делением. Ширина шва обычно составляет 1 см, но так как кирпичи нельзя ни сжать, ни расширить, размеры кладки можно изменить, только меняя ширину швов, — при необходимости можно прибавить или убавить 1 мм.

На практике кладка выполняется следующим образом. Нужно измерить высоту кирпича (h) и толщину шва (j) и сделать на деревянной рейке отметку на расстоянии d = h + j от одного из ее концов. Далее на рейке делаются отметки, соответствующие следующим значениям, вычисленным на калькуляторе: [d] + d, [d + d] + d, [d + d + d] + d, … Эта рейка с метками, нанесенными на одинаковом расстоянии, послужит шаблоном при кладке. Отметки нужны для того, чтобы не измерять значение d для каждого ряда кирпичей. Каменщики считают, что если результат вычислений имеет вид 5,8 см, то откладывать такое значение с помощью рулетки весьма неудобно. Намного удобнее отложить его один раз на деревянной рейке.

Наши рассуждения проиллюстрированы на следующем рисунке. Исходные данные таковы: Н (высота просвета), h (высота кирпича), х (высота шва) и n (число рядов кирпичей в кладке). Значение х обычно принимается равным примерно 1 см, но, как мы уже говорили, допустимы отклонения ±1 мм.

Расположение кирпичей в кладке.

Должно выполняться следующее соотношение:

С помощью электронных таблиц искомые значения (число кирпичей и толщина шва) определяются автоматически. В представленной ниже таблице Н = 3 м, h = 5 см. Выделены значения, ближайшие к тем, что используются в строительстве.

Новые функции, новые графики

Перед миром сегодня стоят вовсе не те проблемы, что несколько десятков или сотен лет назад. Одна из проблем современности — состояние окружающей среды. Ученые определили, что если мы не ограничим выбросы СO₂, то климат на нашей планете ухудшится. Решить эту проблему сложно, ведь выбросы СO₂ определяются не только работой промышленности, но и повсеместным использованием автомобилей, которые, как правило, оснащены двигателем внутреннего сгорания.

Производители транспортных средств работают над тем, чтобы автомобили наносили все меньший ущерб окружающей среде, и в этом достигнуты определенные успехи. В автомобильных каталогах часто приводятся специальные графики, объясняющие покупателям, насколько экологичен их будущий автомобиль. Эти графики выглядят следующим образом.

Сравнение объемов выбросов и мощности новых моделей автомобилей (обозначены белыми кругами) и моделей прошлых лет (обозначены серыми кругами).

Оптимальная модель имеет большую мощность и небольшой объем выбросов и отмечена в верхней левой части графика. Наихудшая модель, напротив, имеет малую мощность и большой объем выбросов СO₂; такой автомобиль будет отмечен в нижней правой части графика. В представленной ситуации новые модели лучше предыдущих, так как их мощность выше, а объем выбросов — меньше (облако белых кругов располагается выше и левее облака серых кругов). С другой стороны, каждая новая модель по отдельности лучше предыдущей (все белые круги располагаются левее или выше серых, обозначенных теми же буквами).

Эпилог

Мы начали наш рассказ с описания геометрических характеристик южноафриканского петроглифа, созданного несколько десятков тысяч лет назад. С тех времен и до наших дней на Земле жило бесчисленное множество народов, имевших собственные представления о мире и о жизни, свои верования и ритуалы, архитектуру, то есть, по сути, ряд проявлений культуры.

Одна из общих черт всех народов — желание изготавливать качественные орудия труда и предметы обихода и воспроизводить их, и это желание тесно связано с математической мыслью. Профессор Алан Бишоп выделил шесть универсальных математических действий, общих для всех народов и связанных с проявлениями культуры: счет, измерение, определение местоположения, проектирование, игра и объяснение.

Во время нашего путешествия вокруг света мы в большей или меньшей степени осветили все эти действия. Можно сделать вывод: счет, измерение, определение местоположения, проектирование, игра и объяснение присутствуют во всех культурах, но часто претворяются в жизнь посредством разных идей, символов, приемов и технологий. В этом смысле следует особо отметить, что за границами западного мира математика не отделяется от культурного контекста, в котором она находится.