Творчество в математике. По каким правилам ведутся игры разума

В предыдущей главе мы рассказали о величайших математических творениях за всю историю математики. Сегодня эту науку двигают вперед преимущественно профессионалы, но не исключительно они. Творить математику означает не только создавать великие теоремы, которые войдут в историю, но и ставить задачи, объяснять явления с математической точки зрения, разрабатывать практические методы, позволяющие применять математику в реальной жизни, использовать технологии для развития математики, поиска математических решений и, что самое важное, понимать, когда математический ответ на заданный вопрос является необходимым и достаточным. Творить математику способны многие. Возможно, выводы, к которым они придут, не будут чем-то новым для профессиональных математиков, однако труд любителей и профессионалов по сути ничем не отличается.

В этой главе мы расскажем о математическом творчестве в самых разных областях, большинство из которых далеки от академической среды. Приведенные нами примеры — результат того, что кто-то задал новые вопросы, попытался найти иное решение, придать новое значение уже известным понятиям и применить уже известные идеи в новом контексте. Творчество — это жизнь. Если мы задаемся вопросами из области математики, то мы творим математику.

С чего начать? В чем секрет математического творчества? Поиски ответов на эти вопросы можно начать в повседневной жизни. Мы рассмотрим некоторые явления, с которыми сталкиваются все, но лишь немногие подошли к ним с математической точки зрения. Далее мы отойдем от реальности и в итоге окажемся в чисто математическом мире.

Для того чтобы рассмотреть интересующее нас явление, объект или процесс с точки зрения математики, нужно задать объективные вопросы, ответы на которые будут определяться не нашими предпочтениями, вкусами или соображениями удобства, а требованиями четкости и измеримости. Так будет сделан первый выбор, касающийся точки зрения, которую следует принять.

Каждый день перед зеркалом

Первое, что мы делаем после пробуждения утром, — это идем в ванную, чтобы привести себя в порядок. Мы смотримся в зеркало, когда умываемся, бреемся, накладываем макияж, стрижемся. Мы смотримся в зеркало каждый день. Чего мы хотим от него? Совсем немногого: мы всего лишь хотим увидеть в нем свое лицо полностью. После завтрака и перед тем, как закрыть за собой дверь и отправиться по делам, мы мельком смотрим в зеркало, чтобы проверить, все ли в порядке. Чего мы хотим от зеркала на этот раз? Чтобы мы отразились в нем в полный рост.

Сколько раз мы совершали эти действия и сколько раз мы задавались вопросом, какие размеры должно иметь зеркало, чтобы в нем полностью отразилось наше лицо или мы сами в полный рост? Мы задаемся этим вопросом крайне редко, если вообще когда-нибудь думаем об этом. Представьте, что вы стоите перед зеркалом, в котором вы отражаетесь в полный рост. Какой должна быть минимальная высота такого зеркала? Начнем с того, что изобразим эту ситуацию на схеме с помощью точек и отрезков:

Схема показывает, какими должны быть минимальные размеры зеркала. Нужно определить, каким должно быть отношение размеров отражающей поверхности и отражающегося в ней лица. Для этого сделаем схему еще более условной: проведем вспомогательные линии, которые помогут решить задачу, и обозначим основные точки буквами:

Так как отражение R'S' симметрично исходному отрезку RS, и изображение в зеркале расположено на том же расстоянии от зеркала, что и оригинал, но по другую его сторону, получим RX = XR'. Кроме того, RX = RR'/2.

Помимо этого, треугольники OAY и OR'О' подобны, так как два их угла равны. Аналогично для треугольников OYB и OO'S'. Так как RX = RR'/2, коэффициент подобия этих треугольников равен 2, поэтому AY = R'O'/2 = RO/2, а также YB = O'S'/2 = OS/2.

Иными словами, АВ = AY + YB = RO/2 + OS/2 = (RO + OS)/2 = RS/2, так что высота зеркала должна быть равной минимум половине высоты лица. Высота, на которой следует повесить зеркало, равна BZ = YZ/2, то есть половине расстояния от глаз до подбородка. Аналогично, высота зеркала, в котором мы будем отражаться полностью, должна быть равна половине нашего роста, и такое зеркало следует повесить на высоте, равной половине расстояния от глаз до пола.

Взгляд в сторону горизонта

Выйдя из дома, некоторые из нас имеют счастливую возможность пойти на пляж и насладиться видом горизонта, глядя вдаль, на самый край земли, покуда хватает глаз. Кто-нибудь хоть раз, глядя на горизонт, думал о математике? Как правило, любуясь рассветом или закатом, мы задаемся другими вопросами: мы размышляем о прошлом и будущем, о красоте природы, о рыбаках, которые возвращаются из моря с дневным уловом, о том, что скрывается за линией горизонта, куда неожиданно быстро опускается горящее солнце, озаряющее наши жизни…