Текст книги "Волшебный двурог"
Автор книги: Сергей Бобров
сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 31 страниц)
– Верно. Ну, а чем же отличается схема путей лабиринта от дерева?
– В лабиринте могут найтись петли, то есть замкнутые пути, а в дереве, как и в настоящем, ветки обратно в ствол его не врастают.
А если мы этот чертеж развернем:
– Вот именно! Но представь себе, что тебе пришлось повстречаться как раз с таким деревом-уродом, у которого некоторые ветки вросли обратно своими концами в ствол и
– 72 —
друг в друга. Что бы ты стал делать, чтобы обратить такого урода в обыкновенное дерево, в смысле расположения его ветвей, разумеется?
– Взял бы пилу или топор, залез на это дерево и стал отделять приросшие концы веток друг от друга и от ствола.
– Правильно. Так ведь это и есть твое первое правило, по которому ты, придя на перекресток, где уже был, возвращаешься обратно. Именно таким образом ты и превращаешь весь лабиринт в дерево. Если ты возвращаешься снова к своему пути, это означает, что ты пошел как бы по вросшей в ствол ветке и сделал круг. А когда ты не хочешь снова идти по основному пути и идешь вспять, то как раз и «отделяешь вросшую ветку», правда, действуя не топором, а просто запрещая себе перескакивать на основной путь.
Начерти-ка сам схему путей этого лабиринта и схему его обхода!
– Так, – отвечал Илья. – Теперь как будто все ясно. Действительно, если я должен облазить все дерево, значит, надо облазить каждую ветку, а спускаться вниз я начну только тогда, когда отмечу все ветки. Именно это я и буду делать в лабиринте, превращенном в дерево или в тупиковый лабиринт, если буду соблюдать второе наше правило, то есть не уходить с перекрестка по первому пути, пока есть другие, еще не пройденные дважды коридоры.
– Вот ты разберись хорошенько во всех наших схемах, особенно в схеме УУУ, и тогда все ясно станет. А потом попробуй сам на досуге поразмыслить вот над чем. Наше правило обеспечивает двойной обход лабиринта. А может быть, можно обходить дважды не все коридоры? Ведь схему коридоров лабиринта все же иногда удается превратить в уникурсальную фигуру, удваивая не все коридоры лабиринта. Ну-ка, попробуй найти какое-нибудь общее правило для этого. Ты сам пробовал ходить по лабиринту и знаешь, что это довольно утомительно. Нельзя ли как-нибудь уменьшить количество этих скучнейших, а быть может – кто знает? – и совершенно лишних хождений взад и вперед по одним и тем же коридорам? При этом, конечно, надо сделать так, чтобы весь лабиринт обойти, и в центре его побывать, и выйти на белый свет от-
– 73 —
туда. Вот тут-то, друг Илюша, тебе и придется вспомнить кое-что из того, о чем мы с тобой толковали. Например, о топологической схеме лабиринта, затем о четности перекрестков-узлов в лабиринте и еще кое о чем…
Илюша посмотрел на Радикса и задумался.
– Вот уж не думал, – сказал он через минутку, – что задача о лабиринтах такое сложное дело! Читал я про них в разных книжках, и мне казалось, что это очень просто[7]7
Лабиринты были широко известны в древности. На одной из стен засыпанного вулканическим пеплом Везувия города Помпеи нашли выцарапанный план лабиринта с надписью: «Здесь живет Минотавр».
[Закрыть]. Мне только вот еще что приходит на ум. Мы с тобой разбирали лабиринты на плоскости. А могут существовать лабиринты в пространстве?
– Разумеется! Больше того, ведь только такие лабиринты и существуют в действительности. Коридоры копей, каменоломен, шахт, катакомб, как и сплетение подземных ходов, которые роет крот, можно рассматривать как пространственные лабиринты. И все наши правила отлично годятся и в этом случае,
Лабиринт, который построил специально для любителей элоквенции У. У. Уникурсальян, К. Т. Н., Д. Ч. и Н. У., М. Д., К. и К. О. С. М., П. В. В. М.
– 74 —
ибо они от числа измерений не зависят. Только твое правило правой руки тут никак не удастся применить.
– Уф! – воскликнул Илюша. – Все-таки это все довольно хитро. Но на досуге я все обдумаю и разберу как следует…
– Итак, – заметил Радикс, – мы с тобой не торопясь разобрали подробно две немаловажные задачки, а в продолжение этого разбора коснулись некоторых довольно серьезных вещей. Не так уж плохо! Чем с большей старательностью ты отметаешь все излишнее, тем скорее приближаешься к решению…
Илюша задумчиво посмотрел на своего всеведущего друга и промолвил:
– Да… пожалуй… Что ж еще осталось мне спросить у тебя? А, вспомнил! Что это за интересный зверек бегал все время через лабиринт то вперед, то назад, точно заводной, у этой страшной тетушки Розамунды?
– А-а, – засмеялся Радикс, – тебе понравилась ее мышка! Она, братец, не простая мышка, а даже очень умная. Эта мышка – электронный робот. У нее превосходная электронная память, и для нее решить задачу лабиринта довольно просто. Она быстро запоминает свои ошибки и во второй раз уже не ошибается, а бежит по лабиринту, как по садовой аллее[8]8
Кто хочет узнать про Розамундину мышку подробнее, тот пусть возьмет книгу Н. Корбинского и В. Пекелиса «Быстрее мысли». М., «Молодая гвардия», 1959. А по части лабиринтов см. АЛ-I; III, IV, V, VI.
[Закрыть].
– 75 —
– Интересно!.. А кто такая богиня Лилавати, которую тетушка поминает через каждые два слова?
– Лилавати – прекраснейшая и благороднейшая богиня, – сказал Радикс. – Древние индусские математики называли ее «Прекрасная дева с блистающими очами». А попросту сказать, так называется одна глава из старинного сочинения индуса Бхаскара Ачария «Венец Астрономической Мудрости». Слово это в данном случае значит «благородная наука», а речь идет о решении уравнений. Ну, а у тетушки это просто такая поговорка.
– Так, – отвечал Илюша. – Ну, это по крайней мере хоть нетрудно. А древние индусы очень любили математику, если они придумывали для нее такие красивые имена?
– Ну еще бы! – произнес почтительно Радикс. – Ведь это они придумали нуль. А вычислять с нулем гораздо легче. Наши арабские цифры на самом деле индусские цифры. Вот, например, еще пифагоровы числа, – хоть они и называются пифагоровыми, на самом деле их надо называть вавилонские числа, ведь вавилоняне их знали раньше греков.
– А что такое пифагоровы числа? – спросил Илюша.
– Неужели ты не знаешь? – удивился Радикс. – это очень… Тесс! – вдруг сказал он, сделав серьезное лицо – Постой-ка… Ты ничего не слышишь?
Илюша прислушался и услыхал какие-то довольно медленные, ровные и тихие шаги.
– Кто-то идет сюда, – сказал он.
– Тише, тише! – зашептал Радикс. – Давай спрячемся.
Ты сейчас увидишь замечательное зрелище. Только смотри – ни одного звука. Тесс!..
Илюша и Радикс быстро юркнули в темный угол. Тихие шаги медленно приближались. И они звучали так приятно и гармонично, что казалось, будто слушаешь удивительную музыку, которая становилась вся яснее. И вот из мглы показались какие-то стройные, высокие фигуры.
Одна за другой перед глазами удивленного Илюши выходили из неопределенного тумана и двигались вперед высокие прекрасные женщины в легких одеждах, ниспадавших с их стройных фигур. Они смотрели куда-то вдаль, словно не замечая, что делается кругом, и странно улыбались, будто думая о чем-то, что только им одним известно. Илюша смотрел на них и думал, что эти женщины похожи на тех прекрасных мраморных греческих богинь, которых он в прошлом году видел с напой в Московском музее изобразительных искусств на Волхонке.
– Какие красавицы! – прошептал Илюша. – А я-то думал, что у вас здесь только и есть страшилища, вроде Розамунды.
– 76 —
– Тесс! – зашипел на него Радикс. – Говори потише. Впрочем, это, брат, такие важные особы, что они, конечно, нас с тобой заметить не могут.
Илюша снова посмотрел на медленно двигающихся стройных молодых женщин и заметил, что у первой на платье выткана цифра «6», у другой – «28», у третьей – «496», у четвертой – «8128». У следующих были, кажется, вытканы тоже какие-то числа, но этого Илюша не мог разобрать.
– Да кто же они такие?
– Тесс!.. – прошипел Радикс. – Говори потише… Это – Совершенства.
– 77 —
Схолия Шестая,
благодаря которой читатель узнает очень простое правило, как из септиллиона, то есть из 1000 000 000 000 000 000 000 000 = 1026, отобрать восемь бесподобных красавиц, и так как это правило применялось с успехом в течение двух с лишним тысяч лет самыми рассудительными людьми, то на него вполне можно положиться. Однако приятные рассуждения на эту тему неожиданно прерываются появлением довольно солидной особы, которую было бы затруднительно осмотреть обычными средствами, поэтому наши путешественники отправляются за помощью к очень юркому, трудолюбивому и словоохотливому маленькому народцу, и затем Илюша узнает немало неведомых ему до сей поры вещей по вопросу о четных и нечетных числах, их квадратах и о том, чем занимаются, с одной стороны, высшая арифметика, а с другой – разные бездельники.
Илюша поглядел на Радикса недоверчиво и спросил:
– То есть как – Совершенства?
– Тише! Тише! – сказал Радикс. – Впрочем, они уже удаляются. Эти удивительные существа суть совершенные числа великого Евклида…
– Это тот ученый грек, который написал «Начала», про геометрию?
– 78 —
– Он самый, а случилось это за три века до нашей эры. Поистине это был великий человек, – ответил очень серьезно Радикс. – «Совершенство же этих чисел заключается в том, что каждое из них равняется сумме своих делителей, разумеется исключая его самого. Например, число «шесть». Его делители – 1, 2 и 3. Сложи и опять получишь шесть. Или число «двадцать восемь». Его делители – 1, 2, 4, 7 и 14. Сложи их, и снова получается двадцать восемь. Следующее число будет 496, и оно опять-таки равно сумме своих делителей – 1, 2, 4, 8, 16, 31, 62, 124 и 248. Совершенно так же и с числом 8218, что ты и сам можешь легко проверить.
– И много этих чисел? – спросил Илюша.
– Если по натуральному ряду чисел добраться до десяти в двадцать четвертой степени…
– Это будет, значит единица с двадцатью четырьмя нулями! А как называется такое громадное число?
– Оно называется септиллион. Это будет девятый класс чисел: единицы, тысячи, миллионы, биллионы, триллионы, квадриллионы, квинтиллионы, секстиллионы и, наконец, вот эти септиллионы. Так вот, если до них добраться (а как ты сам понимаешь, это не так просто), то на всем этом протяжении чисел окажется всего-навсего восемь совершенных чисел. Они были найдены триста лет тому назад математиком Мерсенном. Еще Евклид дал общую формулу этих чисел, которая, разумеется, была выведена из наблюдений над ними.
И все же формула выводится на основании общих соображений. Формула очень простая. Но обращаться с ней тоже не очень просто. Вот она какова:
2n (2n+1 – 1).
При этом n может быть любым числом, однако выражение (2n+1 – 1) должно быть обязательно простым числом, то есть не иметь никаких делителей, кроме единицы и самого себя.
– Я знаю эти числа: 1, 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23 и так далее.[9]9
Есть очень хорошая книга известного польского математика Вацлава Серпинского «Что мы знаем и чего не знаем о простых числах». М., Физматгиз, 1963.
Тот, кто заинтересуется распределением простых чисел среди натурального ряда чисел, может узнать довольно интересные вещи по этому поводу в журнале «Знание – сила» (№ 3 за 1965 год, стр. 38-39, а также последняя страница обложки), где рассказывается о странной спирали из простых чисел, обнаруженной математиком С. Уламом. Эта углообразная спираль (чертится на клетчатой бумаге) обнаруживает ряд совершенно неожиданных правильностей по части разложения простых чисел в натуральном ряду. На этой необычной диаграмме не только самые простые числа, но и промежутки между ними располагаются в виде довольно длинных отрезков, образующих самые замысловатые узоры.
[Закрыть]
– 79 —
– Ясно, – ответил Радикс. – Но если ты сам попробуешь применить эту формулу, то скоро убедишься, до чего это трудная задача. Я назвал тебе четыре совершенных числа. Для них в Евклидовой формуле n = 2, 3, 5 и 7. Если хочешь ознакомиться и с другими, то имей в виду, что для них число n будет равняться 13, 17, 19 и 31. Восьмое число начинается с квинтиллионов. Позже было найдено девятое совершенное число (для него n = 61), а затем – десятое, для которого n = 89. Для одиннадцатого n = 107. Для двенадцатого n = 127; в этом числе больше семидесяти пяти цифр. Ты заметил, что все указанные совершенные числа четные? Так вот, греческий математик Ямвлих говорит (и в правильности этого легко убедиться), что из всех четных чисел совершенными могут оказаться только те, которые подходят к формуле Евклида. Что формула Евклида дает в итоге четное число, это как будто ясно. Не – правда ли?
– Мне тоже так кажется, – отвечал Илюша поразмыслив, – потому что первый множитель – это два в какой-то степени, а степени двух все ведь четные?
– Да. И при этом никто никогда еще не мог найти ни одного нечетного совершенного числа. Однако, с другой стороны, все-таки никому так и не удалось доказать, что совершенное число не может быть нечетным… Сколько их? Тянутся ли они до бесконечности? Или на каком-либо обрываются? Никто сказать не может. В семнадцатом веке Антонио Катальди доказал, что все совершенные числа, кроме «шести», можно представить формулой (9n + 1). Это верно, однако ничего особенного из этого не следует. В двадцатом веке пытались доказать о них хотя бы то, что они могут быть только четными. Однако удалось доказать только то, что нечетные совершенные числа, если, конечно, они существуют, должны делиться по крайней мере на пять различных простых чисел и должны быть чрезвычайно велики.
– Да-а!.. – протянул Илюша. – Действительно, странная задача. А какой, собственно, толк от этих совершенных чисел? Мне кажется, что какое-нибудь квадратное уравнение гораздо полезнее. При его помощи решаются разные задачи, которые нужны в физике или в технике, ну и в геометрии тоже. Ни химики, ни инженеры, ни астрономы в этих совершенных числах, по-моему, не нуждаются. Они, конечно, очень красивые, эти Совершенства, но только… мне показалось, немножко похожи на кукол. А что с куклами делать? Поиграть да и бросить. И они молчат. Ты вот говоришь со мной, а они нет. Я не понимаю, зачем ими заниматься. Не все ли равно, четные они или нет? Ведь с их помощью плотину не выстроишь, самолет не сделаешь?
– 80 —
– Конечно, – сказал Радикс, – ими сейчас вряд ли кто занимается, но, видишь ли, так рассуждать тоже нельзя, хотя с первого взгляда кажется, что ты совершенно прав и твое рассуждение тоже в своем роде совершенство. Однако… (АЛ-I, IX).
В эту минуту Радикс чуть было не свалился наземь, потому что откуда-то сбоку подул сильный ветер.
– У-у! – сказал Радикс, причем на его лице изобразилось нечто очень почтительное.
Снова завыл сильный ветер, и наши собеседники вынуждены были забиться в угол, чтобы их не унесло. Илюша всмотрелся в ту сторону, откуда дул ветер (а надо сказать, кстати, что он дул как раз с той стороны, откуда появились эти совершенные красавицы), и различил, что на громадном расстоянии от него двигалось что-то очень большое. Это было нечто вроде облака, вернее, это был левый край облака, и довольно правильно закругленный. Двигаясь, это облако колыхалось толчками, и, по-видимому, от этого-то и возникал такой ветер. Когда же Илюша поднял глаза, то увидел, что облако и в вышину тянется так далеко, что не поймешь, где у него конец. А ветер все гудел так громко, что Илюше стало даже страшно. Эта громадина быстро приближалась.
– Тебе повезло! – крикнул ему Радикс изо всех сил в самое ухо, ибо свист ветра не давал говорить. – Но только отсюда ничего не увидишь. Бери меня за руку. Ты увидишь, какие могучие прыжки могу я совершать. А этот страшный вихрь будет дуть нам в спину и помогать двигаться.
– Бежать, конечно, надо, – сказал ему Илюша, тоже крича во всю глотку. – А то еще раздавит!
– Ничего! – отвечал Радикс. – Мы сейчас добежим до Лежандровой горы, где у нас выстроена замечательная консидератория, и оттуда кое-что увидим.
Радикс схватил Илюшу за руку и прыгнул. Они оба взлетели вверх, порыв ветра подхватил их, и они пронеслись но крайней мере километров пять, и при этом довольно скоро.
– Вот это прыжок! – самодовольно произнес Радикс, опускаясь на землю. – Так не всякий прыгнет. Ну-ка еще раз!
И они снова взлетели.
– А что такое консидератория? – спросил Илюша на лету.
– Ну, это, – отвечал Радикс, снова опускаясь на землю, – вроде обсерватории, только в обсерватории наблюдают, а в консидератории рассматривают.
На этот раз они пролетели не так далеко, так как ветер на этом расстоянии был значительно слабее.
И они прыгнули еще раз.
– А там есть телескопы? – спросил Илюша.
– 81 —
– Нет. Зачем там телескопы? Там куммерскопы.
– Куммерскопы? – повторил Илюша. – А это еще что за штуки?
– Ну, как телескопы – аппараты для наблюдения, так куммерскопы – аппараты для рассмотрения. Между прочим, там ты увидишь очень много моих детей.
– Разве у тебя есть дети?
– И немало! – отвечал самодовольно Радикс. – Один философ назвал их «чудовищами идеального мира», но это сущий вздор, потому что все мои ребятишки очень трудолюбивые и в высшей степени полезные существа.
В продолжение этого разговора они постепенно приблизились к красивой горе, на которой возвышалась странной формы башня. Очевидно, это и была консидератория. Перед башней стоял большой обелиск, на основании которого были написаны три цифры – 3, 5 и 7, окруженные лавровым венком.
Когда наши путешественники подошли к дверям башни, Илюша увидел, что над этими дверями в два ряда написаны цифры: сперва – 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, а потом – 47, 53, 59, 61, 67, 71, 73, 79, 83, 89 и 97. Цифры эти были высе-
– 82 —
чены на громадной цельной плите из красивого синевато-зелено-серого камня нефрита и немного светились удивительно приятным, чуть-чуть розовым огнем. При этом цифры 37, 59 и 67 горели более ярко, чем остальные. Вокруг башни было тихо, и только легкие порывы ветра, достигавшие наших путников, давали им понять, что тот колосс, от которого они ускакали, все еще движется в том же направлении.
На дверях башни был вырезан сложный орнамент, где Илюша увидел массу корней разных степеней, и все они извлекались почему-то из единицы.
Тут они вошли в здание, и к ним немедленно подлетел какой-то крохотный человечек, личико которого было чрезвычайно странно устроено. Слева это было лицо как лицо, но правая сторона была до того неопределенная, что когда Илюша смотрел на правую половину лица этого человечка, никак не мог понять, есть ли у него эта правая половина или нет.
– Дорогой папенька! – воскликнул человечек, бросаясь к Радиксу.
Радикс приветливо улыбнулся и сказал человечку:
– Позволь тебе представить одного любознательного юношу, с которым мы сюда зашли на минуточку посмотреть в куммерскоп. Он, видишь ли, осматривает наш мир…
Тут Радикс прошептал что-то человечку на ухо, но что, Илюша разобрать не мог. Человечек быстро закивал головкой.
– Очень-очень рад, милейший Илюша! – сказал он, пожимая мальчику руку. – Позвольте, кстати, представиться: я – комплексное число. Мое имя Мнимий Радиксович. Мы, конечно, с вами встречались. Узнаете?
– Конечно, я вас знаю. Вы получаетесь из квадратного уравнения, когда под корнем оказывается отрицательное число. Слева у вас вещественное число и справа – мнимое.
– Совершенно справедливо! – воскликнул в восторге Мнимий Радиксович. – Именно таким образом, при помощи моего уважаемого папеньки, квадратного корня, я и получаюсь. Поэтому меня и зовут Мнимий. Некоторые думают, что я что-то загадочное и несуществующее, но вы, конечно, этого не думаете, да это и трудно думать, видя меня перед собой воочию!
– Я не буду вам все показывать, – сказал Мнимий Радиксович, – ибо у нас есть здесь аппараты и более сложные, чем куммерскоп, но они требуют не объяснений и даже не лекций, а нескольких годов изучения. Я проведу вас наверх; оттуда в люк вы сможете увидеть общин вид куммерскопа. А потом я отведу вас к экрану. При помощи нашего экрана вы сможете обозреть Великую в доступных нам пределах. А затем я вас сведу в музей, где есть несколько простеньких старинных моделей, доступных почти всякому.
– 83 —
Радикс и Илюша, разумеется, не стали спорить. Они остановились перед маленькой дверью, и через минуту лифт унес их на самый верх высокой башни.
– Пожалуйте! – сказал Мнимий Радиксович.
Все трое осторожно подошли к небольшому балкончику, откуда открывался вид в глубь башни. Все внизу было залито ярким светом. Бесчисленное множество комплексных человечков суетилось там, как муравьи на муравейнике. Бесшумно и неопределенно поворачивались какие-то громадные круги, какие-то знаки появлялись и исчезали в воздухе. Непрестанно проплывали в разных направлениях стрелки. Они появлялись, поворачивались, удлинялись, отражались в громадных зеркалах и исчезали. Несколько бледных фигур легкими движениями рук управляли всей этой сложной и беззвучной суетой. В этом непрерывном, очень быстром, но четком движении была какая-то строгая правильность. Илюша смотрел, затаив дыхание.
– Ну, идемте, – шепнул им Мнимий Радиксович. – Тут ведь идет настолько тонкая работа, что даже наше безмолвное присутствие может ей помешать. Пойдемте к экрану. Он находится в зале Трех Великих Знаков.
Они обошли балкончик и подошли к тяжелым, литым бронзовым дверям, на каждой из которых среди множества узорных украшений были изображены буквы е, π, i. Гости проникли в самую верхнюю часть башни. Это был громадный сумрачный зал со сводчатым потолком. В глубине стояла огромная пустая рама, а неподалеку от двери – несколько кресел.
– Присаживайтесь! Сейчас я приведу экран в действие. А когда он начнет работать, то вы простым движением руки сможете его поворачивать, куда вам будет удобно.
Свет в зале потух. Громадная пустая рама заполнилась мягким светом. Это и был экран.
– Сейчас, – крикнул откуда-то из глубины Мнимий Радиксович, – сейчас увидите! А когда увидите, тогда уже управляйте сами. Правой рукой. Это очень просто.
Желтоватое сияние на громадном экране начало местами бледнеть, местами разгораться, и тут Илюша стал постепенно разбирать на нем несколько неопределенные формы того колоссального существа, от которого они недавно так поспешно ускакали. Понемногу эти формы становились яснее. Илюша
– 84 —
двинул рукой влево, и изображение переместилось. Тут он ясно увидел тот левый край этого колосса, который он только что видел своими собственными глазами. Теперь ему показалось, что это край платья. Он начал двигать изображение в другую сторону. Край платья, легко колтыхаясь, все двигался и двигался, а конца не видно было. Наконец Илюша заметил какую-то неясную тень громадных размеров, которая мелькнула на экране, напомнив своей формой ногу, обутую в красивую туфлю странного, очень старинного фасона. Затем, все время передвигая экран, чтобы наконец дойти до правого края фигуры, Илюша рассмотрел и другую ногу, которая тоже мелькнула и быстро исчезла. Наконец Илюша добрался и до правого края фигуры.
– Каково же расстояние от одного края до другого? – робко спросил Илюша.
– В точности это вам никто сказать не может, – услыхал он в ответ.
Поднимая экран, Илюша наконец разобрал кое-как, что перед ним, по-видимому, необозримо громадная фигура женщины в старинном платье; он еле-еле мог рассмотреть ее до пояса. Далее шли облака и тучи, сквозь которые ничего не было видно.
– Это какая-то невероятная великанша! – воскликнул Илюша.
– 85 —
– Так ведь она так и называется, – отвечал ему Мнимий – Перед вами Великая Теорема Ферма, одного из величайших математиков мира, жившего в семнадцатом веке. Скоро пройдет три столетия, как он высказал ее, и до сих пор наука еще не нашла ее доказательства, а с другой стороны, и не смогла показать, что эта теорема несправедлива. Проблема эта до такой степени громадна и необъятна, что, как вы сами могли убедиться, нет возможности осмотреть ее целиком. Даже наши исключительно мощные аппараты могут показать вам только часть того, что есть на самом деле. Идемте в музей.
И все они спустились на лифте и вошли в широкую комнату, где по стенам висели различные чертежи и формулы.
– Ну вот, – сказал проводник наших героев, – номер первый. Позвольте вам представить. Вот сама теорема. Рассказать ее – минутное дело. Надо доказать, что если взять вот такую сумму:
an + bn = cn,
причем показатель n равняется любому целому положительному числу больше двух, то невозможно отыскать три таких целых положительных числа, которые удовлетворяли бы этому равенству. Другими словами, только сумма двух квадратов может быть тоже квадратом. Это так называемые вавилонские, или пифагоровы, числа, без сомнения вам известные.
– Да-да… – сказал несколько растерянно Илюша.
– Ну! – произнес Мнимий Радиксович, видя его затруднение. – Ну, например, три в квадрате плюс четыре в квадрате – это будет пять в квадрате. Девять плюс шестнадцать будет двадцать пять.
– А! – вспомнил Илюша. – Это по пифагоровой теореме! Сумма квадратов катетов равняется квадрату гипотенузы в целых числах. Так ведь это очень просто!
– Разумеется, – отвечал Мнимий, – это несложно. Но если сумма двух квадратов может быть квадратом, то уж сумма двух кубов не может быть кубом. И вообще ни одна степень, кроме второй, не годится. Это еще никому не удавалось опровергнуть. Наоборот, чем дальше идут наши работы, тем больше мы убеждаемся, что это справедливо. Но дело в том, что надо доказать, что это так. Доказать не для отдельного случая, а вообще, то есть для любого случая. И вот до сих пор, несмотря на все труды, это не удавалось. Заметьте, в постановке задачи ничего трудного нет, это любому грамотному человеку можно рассказать. А доказать, что эта задача не решается, все-таки пока еще невозможно.
Комплексный человечек перешел к другой формуле.
– 86 —
– Ну вот, позвольте теперь дать вам некоторые указания о{5} пифагоровых числах. То есть о сумме квадратов. Начнем с того, что мы будем рассматривать всегда три таких числа, чтобы никакие два из них не имели общих делителей. Нам ведь нет смысла рассматривать равенства, вроде вот такого:
62 + 82 = 102,
потому что такое равенство можно сократить на 22, и тогда мы придем к тому, с чего начали, то есть к равенству
32 + 42 = 52.
А с другой стороны, поскольку это сумма, то если какая-нибудь пара чисел делится на некоторое число, то и третье на него делится. Следовательно, нам нет смысла рассматривать такие случаи. Ясно?
– Ясно, – ответил Илюша.
– Прекрасно, – отвечал терпеливый лектор. – Теперь далее. Вы видите, что если взять «три» и «четыре», то одно из этих чисел четное, а другое – нечетное. Может ли быть иначе? Очевидно, нет. Потому что если бы оба эти числа были четные, то у них был бы общий делитель «два», а мы только что выяснили, что это нам не подходит. Теперь: могут ли оба эти числа быть нечетными? Нет, потому что тогда сумма их квадратов должна была бы быть четным числом. Это очень просто проверить. Возьмем два нечетных числа, возведем их порознь в квадрат, а эти квадраты сложим:
(2m + 1) 2 + (2n + 1) 2 = 4m2 + 4m + 1 + 4n2 + 4n + 1 = 4(m2 + n2) + 4(m + n) + 2 = 2[2(m2 + n2 + 2(m+ n) + 1].
Ясно, что наша сумма есть четное число. Однако если квадрат какого-нибудь числа есть число четное, то само число и подавно четное. Если же это так, то наша сумма должна делиться без остатка на четыре, ибо всякое четное число можно написать в виде 2n, откуда квадрат его есть 4n2, и он, очевидно, делится на четыре. Попробуем теперь разделить на четыре нашу сумму квадратов двух нечетных чисел:
[4(m2 + n2) + 4(m+ n) + 2]/4 = (m2 + n2) + (m + n) + 2/4.
Ясно, что эта сумма на четыре не делится, и мы получаем и остатке «два». Следовательно, наше предположение ведет к противоречию. И два числа в правой части равенства не могут
– 87 —
быть оба нечетными. А так как мы видели, что они не могут быть и оба четными, то ясно, что одно из них четное, а другое нечетное. Вы с этим согласны?
– Согласен, – отвечал внимательно слушавший Илюша.
– Теперь очевидно, что третье число должно быть также нечетным, ибо квадрат четного числа есть четное число, а квадрат нечетного – нечетное. Ясно, что их сумма опять будет числом нечетным. Положим теперь для определенности, что z (сумма) будет нечетным числом, х (первое число) тоже нечетным, а у (второе) – четным. Тогда можно написать, что
y2 = z2 – x2 = (z – x)(z + x)
Отсюда ясно, что выражения (z – х) и (z + x) представляют собой снова четные числа, ибо они суть разности двух нечетных чисел. Следовательно, можно положить:
z + х = 2m; z – х = 2n,
а отсюда
z = m + n; х = m – n.
При этом m и n не имеют общих делителей, и они, как у нас говорят, разной четности, то есть одно из них четное число, а другое нечетное. Но если все это так, то тогда можно написать:
у2 = (z + x) (z – x) = 4mn
и отметить, что, очевидно, m и n суть квадраты. Ибо если бы m содержало какой-нибудь простой делитель в нечетной степени, то недостающий делитель должен был бы входить в n, а в n его не может быть, ибо m и n не имеют общих делителей. Но если это справедливо, то можно написать, что
m = р2; n = q2,
а отсюда окончательно получаем формулы для всех трех наших чисел:
х = p2 – q2; у = 2pq; z = p2 + q2.
Это и есть формулы пифагоровых троек. По этим формулам можно получать любое количество пифагоровых чисел. Например, если у нас р равно пяти, a q равняется четырем, то наши пифагоровы числа будут 40, 9 и 41. Проверим. Сорок в квадрате будет 1600, девять в квадрате – 81, а сорок один в квадрате – 1681. Все в порядке. Ясно?
– 88 —
– Ясно, – скромно ответил Илюша, которому очень правилась эта маленькая лекция.
– Конечно, если наши p и q будут оба нечетные, то наши индусские числа неизбежно будут иметь общий множитель, равный двум. Проверьте, коли не поленитесь! Впрочем… Этими числами даже в древнем Вавилоне занимались! Сохранились таблетки с росписями.
Илюша тщательно проверил вычисления и убедился, что лектор прав.
– Теперь я скажу вам еще несколько слов о судьбе Великой Теоремы. Видите ли, это началось с того, что в семнадцатом веке один из крупнейших математиков всех времен, Пьер Ферма, однажды, читая своего любимого автора – древнего математика Диофанта, записал на полях этой книги свою теорему, о которой мы только что говорили. А записав ее, он добавил следующие слова: «Я нашел поистине удивительное доказательство этой теоремы, но на полях книги слишком мало места, и оно здесь не упишется». И вот с тех пор математики всего мира триста лет бьются и не могут найти это доказательство. Один крупнейший математик, Леонард Эйлер, тот самый, кто впервые обозначил отношение окружности к диаметру греческой буквой π, доказал, что для третьей и четвертой степени теорема Ферма правильна. Но надо вам сказать, что уже для третьей степени его доказательство вводит понятия более сложные, чем те, которые были известны математикам во времена Ферма. В частности, он должен был в этом случае прибегнуть к нашей помощи, то есть к помощи комплексных чисел, частным случаем которых являются обыкновенные числа. И мы ему, разумеется, в этом деле, как умели, помогли. Ведь если посмотреть на все это дело, как говорится, попросту, то легко можно сказать: зачем эти бедные комплексные чудачки возятся в этой башне с такими сложнейшими аппаратами? И все только для того, чтобы доказать, что некоторая задача не может быть решена? И триста лет математики бьются над задачей, от которой никому ни тепло ни холодно! Но это не совсем так. Уже Леонард Эйлер должен был вводить для этой задачи новые числа, то есть расширять понятие числа. А это великое дело. Ибо когда построена новая система чисел, то она работает уже не только для этой задачи, а для всех математиков и для всех проблем. А когда за эту задачу взялся математик Куммер, по имени коего и наш главный аппарат, как вы знаете, называется куммерскопом, то он построил целую теорию, где было очень много нового. И при помощи этой новой теории он доказал нашу Великую Теорему сразу для всех тех показателей степени, которые вырезаны на камне над дверями нашей башни. Причем для трех чисел,
