Владимир Левшин - В поисках похищенной марки
— Это я и сам знаю. А всё-таки, почему одиннадцать целых и одна тринадцатая есть среднее гармоническое восьми и восемнадцати?
Таня засмеялась.
— Хитрюга! Спросил бы уж прямо, что такое среднее гармоническое.
— Ему престиж не позволяет! — подтрунил Сева.
— Ладно, — миролюбиво сказал я, — выясним, что такое среднее гармоническое. Но для этого вспомним сперва, что такое среднее арифметическое и среднее геометрическое.
— Это я знаю, — оживился президент. — Среднее арифметическое двух чисел — это половина их суммы.
— А среднее геометрическое?
— А среднее геометрическое двух чисел есть корень квадратный из их произведения.
— Отлично! — сказал я. — Хорошо бы это записать.
— Запишем так, — отвечал Нулик:
Что, верно?
— Верно.
— Но какое отношение все это имеет к среднему гармоническому?
— Самое прямое, — сказал я. — Потому что среднее гармоническое так относится к среднему геометрическому, как среднее геометрическое к среднему арифметическому.
— Давайте запишем и это, — предложил президент.
— Запишем, — согласился я и написал на бумажке:
А если подставить сюда уже известные нам буквенные выражения, пропорция эта будет выглядеть так:
Отсюда
— Ага! — обрадовался Нулик. — Теперь подставим сюда цены скрипки и контрабаса. Допустим, цена скрипки — a. Подставляем, стало быть, 8. Цена контрабаса — b. Подставляем 18. Тогда
Теперь все это взбалтываем, смешиваем и получаем 144/13, или 111/13.
— Ну вот, — облегчённо вздохнул Сева. — Их президентское высочество ублаготворены: леопарды и ягуары сошлись.
— По-моему, — вставил Олег, — надо ещё обратить внимание на то, что из всех трех средних самое большое — среднее арифметическое, а самое маленькое — среднее гармоническое.
Нулик поднял светлые бровки.
— Всегда?
— Нет, не всегда, а только в том случае, если числа a и b не равны между собой.
— А если равны?
— Ну, тогда все три средних тоже равны между собой.
— Все это хорошо, — важно сказал президент, — но не кажется вам, что разговор у нас какой-то чудно́й? Сперва говорили про музыку, потом про Пифагора, а потом забыли и про то, и про другое.
— Ничего мы не забыли, — возразил я. — Теперь мы выяснили наконец, что такое среднее гармоническое, и потому можем вернуться к вопросу о связи математики с музыкой. Стало быть, и к Пифагору, который много занимался гармонией. А гармония для Пифагора была понятием широким. Он искал её и в геометрии, и в арифметике, и в движении небесных тел, и в музыке. И находил во всех этих областях науки общие законы гармонии. Пифагор создал целое учение о гармонии и главную роль в этом учении отводил числам. Особое значение придавал он первым четырём числам натурального ряда — 1, 2, 3 и 4. По его мнению, эти числа лежат в основе всякой гармонии…
— Вот уж не нахожу, — перебил Нулик. — Четыре — ещё куда ни шло, но тройка, тем более — двойка… Ничего в них хорошего нет! Так, по крайней мере, говорит моя мама, когда я показываю ей свой школьный дневник.
— Ну, мама, очевидно, подразумевает совсем другое, — улыбнулся я, — а Пифагор считал эти числа фундаментом мировой гармонии. Он пристально изучал их отношения, или, лучше сказать, соотношения, и очень неожиданно применил их в музыке.
— Что ж такое он сделал? — спросил президент, весьма заинтригованный.
— Да на первый взгляд ничего особенного: взял обыкновенную струну и натянул её на доску.
— Это и я могу! — отозвался президент. — Струну можно снять со скрипки, а доску добыть — дело нехитрое.
— Нет, скрипку разорять ни к чему, — быстро сказал Сева, к великому разочарованию президента, обожавшего все разбирать и развинчивать. — Скрипка — это ведь, собственно, и есть дощечка с натянутыми на неё струнами.
— Отлично! — согласился я. — Возьмём скрипку и познакомимся с изобретением Пифагора на личном опыте. Вот струна. Ущипни-ка её, Нулик.
Президент выполнил мою просьбу с удовольствием. — А теперь прижми струну к грифу точно посередине и ущипни её ещё разок… Слышишь? Этот звук получился гораздо тоньше первого, или, как говорят музыканты, выше.
— Слышу! — подтвердил президент, не переставая терзать бедную струну.
— Так вот, разность этих высот, или, как говорят, интервал между ними, принято называть октавой. И получилась октава оттого, что струну разделили в отношении 2:1. Теперь разделим струну на три части и прижмём на расстоянии двух третей. Ну-ка, что там у нас получилось?
— Получился звук хоть и повыше, чем тогда, когда дёргали целую струну, зато чуть пониже, чем когда разделили струну на две части.
— Правильно. Звук при этом получается выше не на октаву, а на так называемую квинту. И происходит это тогда, когда струну делят в отношении 3:2. А теперь разделим струну в отношении 4:3. Попросту прижмём её на расстоянии трех четвертей. Что получилось? Получился звук ещё чуть ниже, чем тогда, когда мы ущипнули две трети струны. Этот интервал между высотой звучания всей струны и высотой звучания трех её четвертей называется квартой.
— Ишь ты, сколько интересного мы сегодня узнали, — сказал Нулик, загибая пальцы, — октава, квинта, кварта…
— Попробуем узнать и ещё кое-что. Вычислим, во сколько раз октава больше кварты.
— Вычислим, — повторил Нулик. — Вычтем из двух…
— Нет, — остановил я его, — тут надо сделать другое. Надо найти, во сколько раз отношение 2:1 больше отношения 4:3.
— Ну это просто. Надо разделить 2/1 на 4/3:
А это все равно, что 3/2…
— А что такое три вторых?
Нулик растерянно молчал.
— Подумай. Ведь мы об этом только что говорили!
— Ой! — просиял президент. — Как же я забыл! Ведь это квинта! Квинта, которая получается, когда струну делят в отношении 3:2.
— Верно, — сказал я. — Но что из этого следует?
— Из этого следует, — догадался Олег, — что октава состоит из квинты и кварты.
Нулик завистливо вздохнул.
— Удивительный человек Пифагор! Какие названия выдумал — квинта, кварта…
— Ну, положим, названия эти появились гораздо позже.
— Когда?
— Много будешь знать — скоро состаришься. Раз ты такой любопытный, попытайся лучше выяснить, во сколько раз квинта больше кварты.
Президент засучил рукава.
— С удовольствием! — И написал на клочке бумаги:
Верно?
— Верно. Заодно не мешает сказать, что интервал, равный девяти восьмым, условились считать за один музыкальный тон.
На сей раз Нулика моё сообщение совершенно не обрадовало.
— Квинты, кварты! — проворчал он, пожимая плечами. — А где же всё-таки среднее гармоническое?
— К нему-то мы и подошли. Дело в том, что, кроме чисел 1, 2, 3 и 4, Пифагору приглянулась ещё одна четвёрка чисел: 6, 8, 9 и 12. Они полюбились ему уже хотя бы потому, что отношение 12:6 равно отношению 2:1 и даёт октаву; отношение 12:8 равно отношению 3:2 и даёт квинту; а отношение 12:9 равно отношению 4:3 и даёт кварту. Пифагор обратил внимание также на средние числа этой великолепной четвёрки — 8 и 9. Здесь интересно вспомнить, что отношение 9:8 соответствует одному тону…
— Но что замечательного нашёл Пифагор в этих числах? — спросил Сева.
— Во-первых, девять — это среднее арифметическое шести и двенадцати, то есть крайних чисел этой четвёрки:
— А восемь?
— А восемь, — неожиданно сказал Олег, — восемь — это их среднее гармоническое. Вот смотрите:
— Наконец-то! — закричал президент и на радостях снова задудел на своей гребёнке, после чего стало совершенно ясно, что с музыкой на сегодня необходимо покончить.
Объявили перерыв. Все потянулись к бутербродам, разложенным на большом блюде. Но вот когда они были съедены и мы уже готовились приступить ко второй части нашего заседания, Олег внёс в комнату красивую суповую вазу, покрытую, как полагается, специальной крышкой. Президент так и замер.
— Неужели это оно? — спросил он с робкой надеждой в голосе.
— Не оно, а он, — поправил Олег.
Нулик благоговейно приблизился к столу и осторожно поднял замысловатый фарфоровый купол. В лицо ему дохнул запахом ванили густой молочный кисель. Президент издал победный клич и хотел уже запустить в него ложку, но Таня тут же её отняла.
— Сперва надо подобрать подходящее ведёрко, не то не едать нам киселя.
— Ну, тогда подберём его поскорее! — волновался Нулик. — Кто просит слова?
— Кто же ещё? Разумеется, ты, — засмеялся Сева.
— Ошибаешься — я киселя прошу! А слова просит… — Нулик обвёл глазами присутствующих, стараясь отгадать, кто решит задачу без проволо́чек.
