В Левшин - Искатели необычайных автографов
- Странно, странно и в третий раз странно. Выходит, удвоение куба вообще невозможно?
- Невозможно с помощью слепой линейки и циркуля. Но есть в геометрии и другие способы. Вместо того чтобы извлекать корень, который нельзя вычислить точно, можно найти длину ребра непосредственно на чертеже. Именно так и поступали древние греки. А так как работа эта достаточно кропотлива, Эратосфен решил упростить ее и придумал прибор, который находит длину ребра чисто механически.
- Платон, наверное, сказал бы, что Эратосфен сплутовал, - добродушно предположил Фило.
- Это вы хорошо заметили, - похвалил Мате. - Эратосфен тоже был убежден, что Платон бы его по головке не погладил.
- Откуда вы знаете?
- От самого Эратосфена. Он написал сочинение "Платоник", где немалое место занимает задача об удвоении куба. Способы решения ее обсуждают греческие математики Архит, Менехм, Эвдокс и, конечно, сам Платон. И когда заходит речь о применении механического прибора, Эратосфен, искусно подделываясь под стиль Платона, заставляет его высказать отрицательное отношение к подобному способу.
- Знаете, - неожиданно заявил Фило, - на месте Платона я бы рассуждал точно так же. По-моему, людям не следует избавлять себя от необходимости думать.
- Возможно, - кивнул Мате, - но у Платона были на этот счет и другие соображения, связанные с его мировоззрением. Как философ-идеалист, он презирал все материальное, преходящее, осязаемое. Грубое плотницкое приспособление принижало в его глазах науку, предметом которой, по его мнению, должно быть только отвлеченное, высокое, бесконечное. Кроме того (это уж моя собственная догадка!), всякий механический прибор неминуемо связан с движением. Вот и прибор Эратосфена основан на передвижении планок. А в те времена вводить движение в геометрию считалось дурным тоном. Так полагали и Платон, и ученик его Аристотель, а вслед за Аристотелем друг наш Хайям. Между прочим, доказательство пятого постулата, принадлежащее ал-Хайсаму, Хайям критиковал как раз за то, что в нем есть элемент движения...
- Хорошо, что вы вспомнили о Хайяме! - обрадовался Фило. - Любопытно бы узнать, как он умудрялся решать кубические уравнения с помощью конических сечений?
- Прекрасный вопрос! - воодушевился Мате. - Только что собирался рассказать вам о способе удвоения куба, придуманном Менехмом.
- В огороде бузина, а в Киеве дядька! При чем тут Менехм? Я же вас про Хайяма спрашиваю! Про Хайяма, который жил полтора тысячелетия спустя!
- Тем не менее между ними прямая связь. И сейчас вы это поймете, если только нальете мне еще стакан вашего несравненного чая.
СНОВА КОНИЧЕСКИЕ СЕЧЕНИЯ
-Так вот, - продолжал Мате, принимая из рук Фило заново наполненный стакан, - вы уже сами установили, что задача об удвоении куба сводится к вычислению корня кубического из двух. На языке современной алгебры, то есть пользуясь буквенными обозначениями, это можно записать так: , что вытекает из известного еще в Древнем Вавилоне уравнения x3 = 2. Менехм предложил записать это уравнение в виде двойной пропорции:
1/х = х/у = у/2.
- Не понимаю, - сказал Фило, - откуда взялся игрек?
Мате возвел очи к небу. О Господи! Он и забыл, что для Фило алгебраические преобразования - китайская грамота.
- Исключите из этих двух пропорций смущающий вас игрек, и вы снова получите x3 = 2,- объяснил он, доставая блокнот. - Смотрите. Из пропорции 1/х = х/у следует, что у = х2. Подставьте в равенство ху = 2 вместо игрека x2, и получится, что х3 = 2. Теперь вы видите, что от преобразования, сделанного Менехмом, наше первоначальное уравнение ничуть не изменилось.
- Зачем же было переливать из пустого в порожнее?
- Как - зачем? Да ведь вместо одного уравнения мы получили два: ху = 2 и у = х2.
- Подумаешь, прибыль!
- И очень большая. Потому что ху = 2 - это не что иное, как уравнение равносторонней гиперболы, а у = х2 - уравнение параболы!
- Конические сечения!
- В том-то и дело. И, стало быть, теперь мы можем изобразить наше уравнение в виде кривых на чертеже. Для этого начертим сперва оси координат...
- Чего-чего?
- Оси координат, - раздельно повторил Мате. - Пора о них знать.
- Вот еще! - фыркнул Фило, пылая благородным негодованием. - Мы этого в школе не проходили.
- Не мы, а вы, - уточнил Мате. - Вы не проходили. Но теперь вам от этого не отвертеться. Так вот, достопочтенный Санчо, соблаговолите запомнить, что оси координат существуют для того, чтобы определять положение точки на плоскости или в пространстве. Само собой разумеется, что для нахождения точки на плоскости достаточно двух координат. Если же точка находится в пространстве, которое, как известно, трехмерно, тут уж потребуются три координаты.
- Ну, это нам ни к чему, - быстро ввернул Фило. - Мы ведь ищем точку на плоскости. Стало быть, хватит с нас и двух координат.
- Прекрасно! - неожиданно похвалил Мате. - Раз вы уразумели это, значит, поймете и то, как строятся графики уравнений. Итак, вычертим оси координат, иначе говоря - две взаимно перпендикулярные прямые. Одну из них - горизонтальную - назовем осью иксов, другую - вертикальную - осью игреков. Точку их пересечения обозначим буквой О. Начнем с уравнения параболы...
- Игрек равняется иксу в квадрате, - сейчас же припомнил Фило.
- Вот именно, - подтвердил Мате. - В чем особенность этого уравнения? А в том, что каким бы ни было числовое значение икса, игрек всегда будет равен квадрату этого числа. Допустим, что икс равен нулю. Тогда игрек равен...
- ...тоже нулю, - подхватил Фило.
- Правильно. Вот и найдем эту точку на плоскости.
- А ее искать нечего: вот она! - Фило ткнул пальцем в точку О.
- Совершенно верно. Иначе, точка с координатами ноль, - ноль совпадает с началом координат. Пошли дальше. Допустим, что икс равен единице. Тогда игрек тоже равен единице, так ведь? Найдем точку с координатами единица единица. Для этого отложим сперва единицу на оси иксов вправо от точки 0...
- В каких единицах длины? - озабоченно перебил Фило.
- В каких угодно. Но для удобства лучше все-таки не в километрах.
- Тогда в сантиметрах?
- Да будет так! Итак, вправо от точки О по оси иксов откладываем один сантиметр. Из конца этого отрезка восстанавливаем перпендикуляр также длиной в один сантиметр. Конец этого перпендикуляра и есть искомая точка с координатами один - один. Допустим теперь, что значение икс не единица, а двойка. Тогда игрек равен...
- Четырем!
- Браво! После этого гениального заявления вам остается лишь найти точку с координатами два - четыре самостоятельно.
Фило отложил два сантиметра от точки О по оси иксов, восстановил из конца этого отрезка перпендикуляр, равный четырем сантиметрам, и посмотрел на Мате победоносно, как актер, ожидающий бурных оваций.
Но оваций не последовало. Мате весьма сухо потребовал, чтобы Фило нашел точку при х = 3, потом х = 4, и отвязался от него только тогда, когда места на листке уже не осталось.
- Ну вот, - процедил он, окинув чертеж критическим оком. - Мы получили несколько точек, удовлетворяющих уравнению у = х2. Все они, естественно, лежат на нашей параболе. Стало быть, остается соединить их плавной кривой и график данного уравнения, то бишь парабола, перед нами!
Фило недовольно осмотрел вычерченную Мате линию.
-Позвольте, - сказал он заносчиво, - какая же это парабола? Помнится, там, на базаре, вы показали мне кривую, напоминающую рогатку, а тут...
- А тут половина рогатки, - засмеялся Мате.
- Но куда же девалась вторая половина?
- Вторая находится по левую сторону оси игреков, где координаты х отрицательны. А так как отрицательное число, возведенное в квадрат, становится положительным, значит, игрек тоже будет у нас всегда числом положительным. Вот и выходит, что координаты игрек и справа и слева от вертикальной оси совершенно одинаковы. А раз так, значит, левая часть параболы симметрична правой. Дорисуем ее, если хотите, - и целая рогатка в вашем распоряжении. А теперь, когда с параболой покончено, тем же способом вычертим гиперболу, ху = 2.
Фило почесал в затылке. Сразу видно, что тут придется попотеть!
- Почему вы думаете? - осведомился Мате.
- Так ведь в первом уравнении икс и игрек были по разные стороны равенства, а тут в общей куче...
- Раз это вас смущает, отделим их друг от друга. Нетрудно выяснить, что у = 2/х. Заменим первое уравнение вторым - и дело с концом!
- Ага! - кивнул Фило. - Тогда начнем, как полагается, с х = 0...
- Стоп! Как известно, деление на нуль запрещено. Так что начнем с х=1. Тогда у = 2/1, или попросту двум...
- Значит, находим точку с координатами один - два, - подхватил Фило, орудуя карандашом.
- Дальше.
- Дальше нахожу точку при х = 2. Игрек при этом равен единице. При х = 3 игрек равен двум третям... Постойте, как же так? - Фило запнулся. Выходит, чем больше икс, тем меньше игрек?
- Правильно подмечено! - одобрил Мате. - Чем больше икс, тем меньше игрек, и обратно: чем меньше будет становиться икс, стремясь к нулю, тем больше будет становиться игрек, стремясь к бесконечности. А теперь соединим, наконец, найденные нами точки одной линией - и гипербола готова.
