Математические байки
Photo
Этот вопрос задавал Сэмюэль Лойд — автор множества головоломок; а с картинки выше начинается вот эта статья — https://images.math.cnrs.fr/La-mesure-des-figures-du-plan.html .
Собственно, Images de Maths я очень люблю, и там есть ещё много интересного — например, рассказ о "кубическом" футбольном мяче, http://images.math.cnrs.fr/Le-Brazuca-le-ballon-cubique-de-la-Coupe-du-monde , заслуживает отдельного поста.
Собственно, Images de Maths я очень люблю, и там есть ещё много интересного — например, рассказ о "кубическом" футбольном мяче, http://images.math.cnrs.fr/Le-Brazuca-le-ballon-cubique-de-la-Coupe-du-monde , заслуживает отдельного поста.
images.math.cnrs.fr
Images des mathématiques
La recherche mathématique en mots et en images
Кстати — без запрета на повороты частей ответ на вопрос, когда из одной фигуры "ножницами" можно сделать другую, даёт теорема Бойяи--Гервина. А именно — два многоугольника равносоставлены тогда и только тогда, когда у них совпадают площади. Часть "только тогда" очевидна — а вот для "тогда" нужно поработать; правда, доказательство получается вполне обозримым.
Первый раз я его, кажется, услышал на лекции А. А. Гайфуллина два года назад на ЛШСМ — http://www.mathnet.ru/present21265 ; удивительно поздно, с учётом того, что рассуждение абсолютно школьное — но как-то раньше я факт знал, а доказательство посмотреть руки не доходили.
Собственно, понятно, что равносоставленность это отношение транзитивное (если A~B и B~C, то A~C: из аналогии с ножницами это очень хорошо видно).
Поэтому можно выбрать единицу длины и доказывать, что любая фигура равносоставлена прямоугольнику размера 1xS.
А поскольку любой многоугольник можно разрезать на треугольники — то достаточно это доказать для всех треугольников. Наконец, треугольник просто превратить в параллелограмм:
Собственно, понятно, что равносоставленность это отношение транзитивное (если A~B и B~C, то A~C: из аналогии с ножницами это очень хорошо видно).
Поэтому можно выбрать единицу длины и доказывать, что любая фигура равносоставлена прямоугольнику размера 1xS.
А поскольку любой многоугольник можно разрезать на треугольники — то достаточно это доказать для всех треугольников. Наконец, треугольник просто превратить в параллелограмм:
Следующее упражнение, что два параллелограмма с равной площадью и общим основанием равносоставлены. Пока они не сильно наклонены, можно обойтись вообще одним переставляемым треугольником:
А в общем случае можно либо нарезать на тонкие горизонтальные слои, или (что мне нравится больше) наклеить параллелограммы на цилиндр так, чтобы общее основание превратилось в окружность-параллель этого цилиндра. И тогда наклейка будет "в один слой", а граница одного из параллелограммов покажет, где нужно разрезать другой.
Forwarded from Непрерывное математическое образование
самый лучший способ увидеть решение — паркет из верблюдов
Остаётся совсем чуть-чуть (и это, мне кажется, самый изящный шаг доказательства): если начать "перекашивать" параллелограмм — его вторая сторона будет расти. Значит, в какой-то момент она станет целой — равной какому-то k. После чего можно взять за основание уже её — и превратить параллелограмм в прямоугольник k x L, а его уже, разрезав k как 1+1+...+1 — в прямоугольник 1 x S.
Всё! Треугольник площади S равносоставлен прямоугольнику 1 x S — а значит, то же правда и про любой многоугольник. Вот так теорема Бойяи--Гервина и доказывается.
Давайте я добавлю пару ссылок. Другое доказательство есть в "миниатюрах" Математических этюдов:
https://www.etudes.ru/ru/sketches/hilbert-third-problem/
(а почему "третья проблема Гильберта, я сейчас скажу пару слов").
https://www.etudes.ru/ru/sketches/hilbert-third-problem/
(а почему "третья проблема Гильберта, я сейчас скажу пару слов").
etudes.ru
Равновеликость и равносоставленность / Миниатюры // Математические этюды
Доказательство в картинках эквивалентности равновеликости и равносоставленности многоугольников на плоскости.
Там рассуждение проходит через квадраты — и через (заодно) доказывающее теорему Пифагора объединение двух квадратов в один:
Это же рассуждение в калейдоскопе "Кванта" (а также несколько явных красивых примеров равносоставленности) — http://kvant.ras.ru/pdf/2016/2016-02.pdf
(см. с. 34--35 PDF-файла).
(см. с. 34--35 PDF-файла).
Forwarded from Непрерывное математическое образование
про теорему Бойяи–Гервина — а также про теорему Дена (показывающую, что, в отличие от многоугольников, равновеликие многогранники не всегда равносоставленны) — можно еще прочитать в брошюре В.Г.Болтянского, http://mathedu.ru/lib/books/boltyanskiy_ravnovelikie_i_ravnosostavlennye_figury_1956/#38 (и еще про инвариант Дена объясняется в одной из глав «Математического дивертисмента» Табачникова и Фукса)
на этом история не заканчивается: в 1965 году Сидле (Sydler) доказал обратное утверждение: если у многогранников равны и объемы, и инварианты Дена, то они равносоставленны (и эта история оказывается связанной с гомологиями групп неожиданно) — про все это рассказывал на ЛШСМ-2018 А.А.Гайфуллин, можно посмотреть видеозаписи:
http://www.mathnet.ru/present21265
http://www.mathnet.ru/present21725
http://www.mathnet.ru/present21726
http://www.mathnet.ru/present21727
http://www.mathnet.ru/present21728
видеолекции выше доступны и для старшеклассников, а люди с чуть более серьезной подготовкой могут также посмотреть обзор L.Hesselholt'а
https://www.math.nagoya-u.ac.jp/~larsh/teaching/F2011_PM/lecture.pdf
на этом история не заканчивается: в 1965 году Сидле (Sydler) доказал обратное утверждение: если у многогранников равны и объемы, и инварианты Дена, то они равносоставленны (и эта история оказывается связанной с гомологиями групп неожиданно) — про все это рассказывал на ЛШСМ-2018 А.А.Гайфуллин, можно посмотреть видеозаписи:
http://www.mathnet.ru/present21265
http://www.mathnet.ru/present21725
http://www.mathnet.ru/present21726
http://www.mathnet.ru/present21727
http://www.mathnet.ru/present21728
видеолекции выше доступны и для старшеклассников, а люди с чуть более серьезной подготовкой могут также посмотреть обзор L.Hesselholt'а
https://www.math.nagoya-u.ac.jp/~larsh/teaching/F2011_PM/lecture.pdf
А если посмотреть на с. 15 Болтянского —
https://www.mathedu.ru/text/boltyanskiy_ravnovelikie_i_ravnosostavlennye_figury_1956/p15/ — то оказывается, что хватает параллельных переносов и центральных симметрий:
https://www.mathedu.ru/text/boltyanskiy_ravnovelikie_i_ravnosostavlennye_figury_1956/p15/ — то оказывается, что хватает параллельных переносов и центральных симметрий:
Библиотека Mathedu.Ru
Болтянский В. Г. Равновеликие и равносоставленные фигуры. — 1956 // Библиотека Mathedu.Ru
Болтянский В. Г. Равновеликие и равносоставленные фигуры. — М. : Гостехиздат, 1956. — 64 с. — (Популярные лекции по математике ; вып. 22). — Список лит.: с. 4 (8 назв.).
В размерности 3 всё не так, как на плоскости. Вопрос о равносоставленности многогранников был третьей проблемой Гильберта, и отрицательный ответ (например, неравносоставленность куба и правильного тетраэдра одинаковых объёмов) следует из наличия дополнительного инварианта, инварианта Дэна.
Интересно, что этому посвящён один из текстов Mathesis-а — https://www.mathesis.ru/book/kagan2/ :
Интересно, что этому посвящён один из текстов Mathesis-а — https://www.mathesis.ru/book/kagan2/ :
www.mathesis.ru
Каган В. О преобразовании многогранников. — Mathesis.Ru
Одесское издательство «Mathesis» с 1904 по 1925 год выпускало удивительно интересные книги. Некоторые из них стали классикой, часть сейчас незаслуженно забыта. Объединяет их то, что все они раритеты. Чтение этих книг заведомо будет полезно молодому поколению…