Текст книги "Волшебный двурог"

Автор книги: Сергей Бобров

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 31 страниц)

– 89 —

которые светятся над дверями особенно ярко, ему пришлось построить дополнительную теорию. Он расширил наши представления в области математики и дал нам совершенно новые аппараты, которые годятся для очень многих вопросов, в частности и для таких, которые задевают интересы инженеров и других практических деятелей. Я уже не говорю о том, что только благодаря Куммеру вы могли разглядеть на нашем экране Великую хотя бы по пояс. До Куммера можно было рассмотреть разве что бахрому ее мантильи, ибо теорема была доказана только для чисел 3, 5 и 7. В настоящее время теорема доказана вплоть до очень больших показателей степеней.

Вычисления для этого понадобились не шуточные! Чтобы вы могли себе составить представление о том, с какими громадными числами в таком случае приходится иметь дело, укажу, что если возвести число «два» в степень «семьсот», то в результате мы получим число, в котором будет двести с лишком знаков, а если возвести «три» в ту же степень, получим число, в котором будет более трехсот знаков. Я слышал, как вы недавно говорили, что септиллион кажется вам довольно внушительным числом, а ведь в нем всего-навсего только двадцать пять знаков! Вопросами такого рода занимается высшая арифметика, которая называется теорией чисел. Исследования в этой области раскрывают очень много серьезных проблем, с которыми приходится сталкиваться математику.

Вы знаете, что существуют иррациональные числа, как, например, √2, которые не могут быть выражены никаким конечным числом десятичных знаков. Но √2 может быть корнем алгебраического уравнения с целыми коэффициентами, например:

х² – 2 = 0.

Однако есть числа, еще более сложные по своему строению.

Таково, например, число π, которое мы называем трансцендентным числом. Оно уже не только не может быть выражено конечным числом десятичных знаков, но не может быть, кроме того, и корнем никакого алгебраического уравнения с целыми или вообще рациональными коэффициентами. И вот это в высшей степени важное его свойство и доказывается способами теории чисел. Кстати, когда наконец это доказательство было получено (а ведь это случилось не так давно, в конце девятнадцатого века), то тем самым был положен конец всем решительно попыткам найти квадратуру круга, то есть построить равновеликий данному кругу квадрат при помощи циркуля и линейки. Об этом, я думаю, вы слышали?

– 90 —

– Конечно, – отвечал Илюша.

– Так что с этой задачей, которая долгое время занимала умы людей просвещенных… (правда, к сожалению, не только просвещенных!), было покончено.

– Это вроде как с «вечным двигателем», то есть с perpetuum mobile? – вставил Илюша.

– Н-да, – согласился Мнимий, – в этом роде.

– Но ведь теорема Ферма – это все-таки не квадратура круга и не perpetuum mobile?

– Ну конечно, нет! – воскликнул Мнимий. – Это все же серьезная проблема, хотя и частного характера. Заметьте, что теория чисел славится среди математиков тем, что постановка ее задач на первый взгляд кажется очень несложной, но зато решение их дается ученым с таким трудом, что, пожалуй, в этом отношении с теорией чисел не может поспорить никакая другая отрасль математики. Из наиболее важных проблем этой науки я укажу вам на проблему распределения простых чисел в ряду целых чисел. Ясно, что среди всех этих чисел самое важное значение имеют именно простые, ибо все остальные суть произведения простых, а они в силу этого, очевидно, являются элементами, из которых образовано каждое целое число. Вопросом о том, сколько этих чисел, занимался с успехом еще Евклид, показавший, что простых чисел в ряду целых имеется бесконечное множество. Гораздо позже над вопросом о распределении простых чисел трудился Эйлер, а затем важнейшие результаты были получены крупнейшим русским математиком П. Л. Чебышевым уже в девятнадцатом веке. На решение многих проблем теории чисел нередко требуются не то что годы, а целые столетия. Например, в конце восемнадцатого века английский математик Варинг предложил одну задачу по теории чисел. На первый взгляд она совсем не хитра: надо доказать, что всякое целое число можно представить в виде суммы ограниченного числа энных степеней целых чисел. Для n, равного двум, это сделать не очень трудно, и вывод гласит: всякое целое число можно представить в виде суммы не более чем четырех квадратов.

Например:

2519 = 43² + 25² + 6² + 3².

Но доказать надо не только для квадратов, а для всех степеней. И только уже в начале двадцатого века было дано решение этой труднейшей задачи с помощью самых тонких средств математического анализа. Вот еще пример. В середине восемнадцатого века академик X. Гольдбах в письме к Эйлеру высказал предположение, что всякое целое число больше трех может быть разложено на сумму не более чем трех простых

– 91 —

чисел. Задача эта оказалась до такой степени трудной, что еще в начале нашего века на международном математическом конгрессе один из видных ученых заявил, что она «превосходит силы современной математики». Оказалось, впрочем, что это не так. Основные результаты в решении этой задачи были достигнуты советским математиком Л. Г. Шнирельманом, который доказал, что, составляя суммы достаточно большого (но заранее ограниченного) числа слагаемых, каждое из которых есть простое число, можно получить все натуральные числа. Уже это было достижением, которое вызвало удивление математиков всего мира. Но, конечно, еще труднее было доказать, что для разложения четных чисел достаточно двух, а для разложения нечетных чисел – трех слагаемых, каждое из которых есть простое число. Это последнее утверждение удалось доказать замечательному советскому математику И. М. Виноградову, которому и принадлежит, таким образом, помимо ряда блестящих работ в других областях теории чисел, решение этой никому не покорявшейся проблемы Гольдбаха (для нечетных чисел; для четных метод Виноградова дает четыре слагаемых). Решение Виноградова быстро облетело весь мир и увенчало советскую математику заслуженной славой… Однако должен добавить ко всему сказанному вот еще что. Допустим, что завтра найдется гениальный математик и докажет теорему Ферма^{6}. Конечно, это не будет переворотом всей математики. И возможно, что разговоров будет больше, чем дела. Все это так. Однако нельзя сомневаться в том, что методы, которыми действует математика, благодаря этому обогатятся, и даже очень. Ну вот, теперь, мой милый гость, мне кажется, что я, насколько мог, удовлетворил вашу любознательность.

– Я даже не могу выразить, до чего я вам благодарен! Мне кажется, я никогда еще не слыхал ничего такого интересного. Я всегда очень любил математику, а теперь… теперь мне кажется, что это самая интересная вещь на свете!

– Что ж, молодой человек, – ответил ему Мнимий Радиксович, приветливо улыбаясь, – я, конечно, в этом деле не судья, но возможно, что вы не так далеки от истины.

После этого Илюша и Радикс сердечно распрощались с гостеприимным хозяином и не спеша, стали спускаться с Лежандровой горки. Радикс пояснил Илюше, что горка эта называется так, но имени математика Лежандра, который высказал о теореме Ферма некоторое очень тонкое замечание.

– Как все это интересно! Что за прелесть, эти комплексные человечки! – воскликнул Илюша.

– Не забудь, однако, – заметил Радикс, – что все это довольно трудно. Мир этих человечков отличается рядом свое-

– 92 —

образных и неожиданных особенностей, которые не так-то просто изучить. А без такого изучения ты от них не многого добьешься!

– Пусть трудно, но, по-моему, лучше заниматься трудным делом, только чтобы оно было интересное. Ты как думаешь?

– Точно! – сказал Радикс.

– Вот бы, – сказал мечтательно Илюша, – мне все это выучить, стать математиком и доказать эту теорему!..

Услыхав это, Радикс посмотрел на Илюшу так странно и пристально, что Илюше на минутку стало не по себе. Радикс смотрел на него не отрываясь. Илюша хотел было спросить, чего это он на него так уставился, как вдруг что-то громко ухнуло сзади, точно громадная хлопушка, и Радикс со страшной быстротой полетел вверх. Илюша не успел и ахнуть, как все, что было вокруг него, тоже понеслось вслед за Радиксом ввысь. И тут только Илюша сообразил, что это он сам куда-то провалился и падает с ужасной скоростью. В ушах у него свистело, все неслось вверх с треском и грохотом, и он совсем было потерял голову. Вдруг все неожиданно остановилось и разом утихло.

Илюша осмотрелся и увидел, что стоит почти впотемках на гнилых досках каких-то очень грязных сеней. Перед ним облезлая дверь, в которую кое-как вколочен ржавый гвоздь вместо ручки. Где-то жалобно пищит кошка. Илюша растерянно потянул за гвоздь. Дверь с унылым скрипом распахнулась, и Илюша попал в убогую каморку с подслеповатым окошечком, завешенным густой паутиной. Было холодно. И стало вдруг ужасно скучно. Илюша оглядел каморку в величайшем унынии. Радикса и след простыл! Перед Илюшей стоял колченогий столик, а за ним на старом ящике сидел какой-то старикашка в порыжевшем от времени пальто, подпоясанном веревкой. Перед ним стояла старая жестянка с водой, на ней лежал кусок заплесневевшего хлеба. Старичок что-то старательно чертил циркулем. Илюша нерешительно кашлянул.

– Сейчас, – сказал старичок, – сейчас, голубчик! Вот только начерчу еще одну окружность – и готово. Только одну. Одну-единственную.

– А что вы делаете? – спросил Илюша.

– А видишь ли, – отвечал тот, – я заслуженный специалист по Великой Теореме Ферма, а сейчас это так, забава, пустяк – трисекция угла с помощью циркуля и линейки. Пустяки! Очень легко сделать… Надо только начертить двести двадцать две окружности, провести сто одиннадцать хорд и секущих, и все готово. Очень просто!

– Как так? – жалобно спросил Илюша.

– 93 —

– Очень просто. Ну, совершенно так же, как делается с циркулем и линейкой квадратура круга.

– Квадратура круга?! – повторил в ужасе Илюша.

– Ну да. Это тоже очень просто. Только надо переставить числа хорд и окружностей. Хорд надо двести двадцать две, а окружностей сто одиннадцать. В общем, то же самое…

– Как у вас холодно! – сказал Илюша, надеясь переменить разговор.

– Машина не в порядке, – с огорчением ответил старичок. – Она, понимаешь ли, требует керосина для смазки. То есть теперь требует. Потом, когда я ее еще усовершенствую, этого тоже не будет нужно. Все время работала, а без керосина никак не выходит.

– Какая машина? – спросил Илюша.

– Для отопления. Это perpetuum mobile…

– Perpetuum mobile?.. – еле прошептал Илюша. – У вас и perpetuum mobile есть?

– А как же! – гордо сказал старичок. – Она у меня вертит крыльями. В жестянке. Воздух от этого нагревается, а потом я открываю жестянку, теплый воздух выходит, и в комнате становится теплее. Да я вот сейчас доделаю, потом закончу еще одно доказательство теоремы Ферма…

– Как так «еще одно»? Разве у вас уже есть доказательство?

– Доказательство! – усмехнулся старичок. – У меня, их есть уже пятьсот пять штук. Это будет пятьсот шестое.

– А зачем же так много? – спросил Илюша.

– Зачем так много? – задумался старичок. – Вот уж не знаю. Всё говорят – нехороши! Будто бы неверные. А уж такие хорошие доказательства! Одно другого лучше! Оставайся у меня. Будем вместе доказывать. У меня есть еще одна идейка. Доказательств на двадцать хватит. Вот посмотри мое четырехсот второе доказательство теоремы Ферма.

Илюша взял в руки замусоленный кусочек бумажки, начал разбираться в выкладках и вдруг с ужасом обнаружил, что почтенный ферматист был уверен, что если некоторое число делится на каждое из двух чисел а и b порознь, то оно должно разделиться и на их произведение. Илюша опустил бумажку и начал дуть себе на замерзшие пальцы.

– Но хочу я доказывать вашу теорему! – вдруг вскрикнул Илья в отчаянии. – Пустите меня отсюда, я замерз!

– Ах, так ты не хочешь? Вот как! – сказал, ядовито ухмыляясь, ферматист. – А ты ведь сказал, что хочешь? Поворачивайся! Нечего рассуждать! Раньше надо было думать.

И снова все засвистало, и Илюша помчался обратно вверх. Все кругом трещало, ухало, грохало, а Илюша мчался наверх

– 94 —

с такой скоростью, о которой раньше даже и понятия не имел.

Вдруг снизу, сквозь страшный грохот, раздался зычный крик:

– Вот он! Держи его! Стой! Поймать! Остановить! Изловить!

Илюша чуть не лишился чувств от страха. Он узнал страшный голос, взглянул вниз и увидел, что за ним с криком несется ужасный Уникурсал Уникурсалыч, Кандидат Тупиковых Наук, Д. Ч. и Н. У.

– Лови его! Держи! Он забыл про тысяча семьсот семьдесят пятый!.. Я ему покажу, как такие вещи забывать!..

«Что такое? – подумал Илюша. – Что это такое за тысяча семьсот семьдесят пятый?..»

– Не помнишь! – кричал снизу Доктор Четных и Нечетных. – Я тебе покажу! Я тебе напомню! А вот я сейчас!..

И вдруг перед Илюшей, откуда ни возьмись, появился старинный том, на переплете которого было вытиснено золотыми буквами: «Решения и постановления Парижской Академии Наук за 1775 год». Кинга открылась, несколько страниц перевернулось, и Илюша прочел:

«Академия постановила: отныне и впредь не рассматривать представляемых ей разрешений задач удвоения куба, трисекции угла, квадратуры круга, а также машин, долженствующих осуществить вечное движение».

– Вот что, друг любезный, – вымолвил довольно сурово встретивший его Радикс, – имей в виду, что у нас здесь очень не любят, когда люди, плохо знакомые хотя бы с тем, что в теории чисел называется «арифметикой целых алгебраических чисел», и с тем, какие возникают затруднения при рассмотрении делимости на «алгебраические числа», начинают заглядываться на теорему Ферма. И не следует так быстро решать, что ты будешь делать в областях, которые тебе пока еще очень мало известны. А насчет теоремы Ферма надобно быть особо осторожным. Дело в том, что формулировка этой теоремы очень проста, и на первый взгляд неопытному человеку кажется, что и вся проблема проще простого, что надо только не быть «ученым педантом» и обладать в небольшой степени тем, что именуется «здравым смыслом», чтобы разобраться и покончить со всей проблемой одним махом. В дальнейшем ты и сам увидишь, что на свете существует немало задач, которые очень просто формулировать, но которые отнюдь не просто решить, и что никакой связи между простотой формулировки задачи и простотой ее решения не имеется. Укажу тебе еще вот на какое обстоятельство. Я совершенно уверен, что ты забрался в эту книжку главным образом для того, чтобы в дальнейшем ознакомиться с другими, более трудными книжками…

– 95 —

– Да-да! – перебил его Илюша. – Конечно! Вот из-за этого-то…

– Хорошо, – спокойно отвечал ему Радикс. – Я понимаю это. И вполне тебе сочувствую. Но имей в виду, что когда ты доберешься до этих более трудных книжек, то очень скоро убедишься, что в теории чисел, науке вообще очень трудной, существуют уже решенные задачи – кстати сказать, тоже на первый взгляд не очень сложные, – но разобраться в том, как они решаются, и усвоить, какова основная идея решения, может только человек с куда более основательной, подготовкой, чем у тебя, и то не сразу, а после долгих и упорных трудов, измеряемых для отдельного случая не часами, а неделями. Осмелюсь тебе еще доложить, что на свете было, есть и будет несметное число всяких бездельников, которые отравляют жизнь настоящим ученым, заваливая их своими творениями по вопросу о квадратуре круга и доказательствами теоремы Форма и требуя не только внимания и помощи, но и тысячных премий, и поднимают дикие вопли о бесчеловечности, когда их просят по-хорошему не приставать с чепухой и отвязаться. Я, конечно, не думаю, чтобы ты в будущем пристал к этому стаду, потому что сам видел сейчас, что эту задачу голыми руками не возьмешь, но все-таки, дружок, надо быть поосторожнее! Ты должен понять вот что, милый друг: если ты подходишь к теореме Ферма всерьез, как подобает ученому, то надлежит вооружиться всеми средствами современной науки, иначе ничего не сделаешь. А чудаки, которые надеются одолеть ее с помощью элементарных средств, напоминают того дурачка, который, увидав в первый раз телескоп, наведенный на луну, решил, что только заведомые глупцы могут пользоваться таким сложным аппаратом, а он, умник, поступит попроще: просто сколотит большую деревянную лестницу, залезет на небо, достанет оттуда луну, поставит ее к себе на стол, разглядит и всем желающим расскажет. Вот как!

– 96 —

Схолия Седьмая,

где Илюша открывает еще кое-что насчет обычаев и нравов веселого карликового народца, у которого он был в гостях, и, в частности, узнает о том, как можно натянуть нос одному неуклюжему существу, причем натягивание это мнимое, а нос-то получается совершенно вещественный. После этого наш герой пытается играть с зеркалом в «Дразнилку», а затем наши добрые друзья встречаются с тремя недогадливыми испанцами и тремя храбрыми дипсодами, то есть людьми из Страны Жаждущих (которая подробно описана в знаменитой истории Гаргантюа и Пантагрюэля, неутомимых острословов, великанов и мудрецов). И только благодаря этой встрече Илюша узнает, сколько врагов надо уложить, когда на тебя нападают со всех сторон, ибо до сих пор он думал, что сторон в три раза меньше, чем это оказывается на самом деле. Тут же выясняется, почему любители чужого добра вдруг становятся такими кроткими, когда им растолкуют наконец, какие симпатичные треугольнички для них приготовлены в царстве ВОЛШЕБНОГО ДВУРОГА.

Илюша и Радикс продолжали свой путь в самом приятном расположении духа. Однако через несколько времени Илюша задумчиво промолвил:

– Эх! Я забыл спросить у этого человечка еще одну штуку.

– Что именно? – вопросил Радикс.

– 97 —

– Я никак не пойму: какое отношение эти комплексные человечки могут иметь к такой задаче, в которой есть только вещественные, да еще притом целые числа?

Тут Илюше показалось, что на него кто-то смотрит сзади.

Он обернулся и к своему неописуемому удовольствию увидел, что невдалеке позади, под синей стеной, в креслице сидит Мнимий Радиксович собственной персоной.

– Могу, – сказал любезный человечек, – вам рассказать о некоторых наших хитроумных проделках. Это вам кое-что пояснит. Вы, конечно, помните, что разность двух квадратов распадается на два множителя – на сумму и разность первых степеней.

– Ну еще бы, – отвечал Илюша.

– А мы, – продолжал словоохотливый человечек, – умеем делать то, чего вещественные числа делать не умеют: мы можем разложить на множители сумму квадратов. Это очень просто. Смотрите.

И на стене около кресла сейчас же появилось следующее:

x² + у² = (х + iy) (x – iy).

– Буква i, как всегда, обозначает √-1. Перемножьте, и вы убедитесь, что это равенство справедливо. Кстати сказать, формулы для пифагоровых троек я мог бы получить тоже не без помощи этого выражения, а именно вот как. Если нам нужно, чтобы

х² + у² = z²,

то положим, что оба множителя, то есть (x + iy), а также (х– iy), суть квадраты каких-то чисел, разумеется тоже комплексных, так что, например:

x + iy=(p + iq) ² = p² – q² + 2pqi.

Теперь я сравниваю левую часть с правой и заключаю, что

х = p² – q²; y = 2pq,

откуда уже сразу следует, что

z = р² + q².

Это, правда, не совсем строго, хотя бы потому, что из a · b = z² не следует, что а и b непременно квадраты, но формулы получаются как раз те, какие нам нужны. Обратите, кстати, вни-

– 98 —

мание еще на то, что одно равенство комплексных чисел заменяет собой два равенства обычных чисел. Это тоже ведь преимущество немалое! Теперь позвольте вам указать еще и на то, что если мы возьмем не разность квадратов, а разность кубов (а ведь куб-то как раз и является первой из тех степеней, о которых идет речь в Большой теореме Ферма!), то вещественные числа умеют разлагать эту разность только на два множителя, то есть на разность первой степени и неполный квадрат суммы. Не так ли?

Илюша утвердительно кивнул. И тотчас на стене появилось:

(х³ – 1) = (x – 1) (х² + х + 1).

– Ну, а мы можем разложить вам эту разность не на два, а на три множителя, и получится вот что…

– Вы легко можете убедиться в справедливости этого равенства, либо просто перемножив эти три скобки, либо решив квадратное уравнение, которое представляет собой ваш неполный квадрат суммы.

х² + х + 1 = 0.

– Ну вот, – продолжал Мнимий, – отсюда вы легко можете видеть, что мы вполне можем иметь прямое отношение к задачам, в которых есть только вещественные числа. С этим несложным, но очень полезным разложением мы еще встретимся в дальнейшем, когда займемся вопросами довольно хитрыми (но при этом замечательно интересными) через каких-нибудь двенадцать Схолий. Причем мы способны делать то, о чем вещественные числа и понятия не имеют. А так как наша арифметика очень похожа на арифметику вещественных чисел, то вы можете прийти к нам, а потом вернуться к вещественным числам, и никаких недоразумений у вас не получится. А мы будем вам с удовольствием помогать теми своими способностями, которых у вещественных чисел нет. Мало того, мы еще вам что-нибудь подарим на память, чего вы даже у нас не просили. Вот, например, разложим разность кубов на три множителя, а если вы внимательно присмотритесь к этому разложению, то увидите, что наше решение имеет непосредственное отношение к геометрической задаче о том, как вписать в окружность равносторонний треугольник. И это потому, что мы друзья с синусами и косинусами, а коэффициенты, ко-

– 99 —

торые мы вам вывели, равны: один – синусу тридцати градусов, а другой – косинусу тридцати градусов.

Илюша не мог сразу сообразить, при чем тут равносторонний треугольник, но, вспомнив, что синус 30° действительно равен одному из приведенных Мнимием Радиксовичем коэффициентов (то есть половине), не решился спрашивать и дал себе слово, что на досуге возьмет геометрию и сам все разберет.

– Теперь, – сказал Илюша, – я, кажется, начинаю понимать, как вы помогаете. Это замечательно!

– Милый юноша, – отвечал ему Мнимий Радиксович, – все, что вы здесь увидите, все вам будет помогать. Только надо научиться пользоваться нашей помощью. Это кажется трудным, но ведь вы когда-то и читать не умели, однако научились! Так и здесь то же самое. А если вы меня спросите теперь, почему мы с такой охотой беремся помогать вам в чужой задаче, то я вам отвечу, что, во-первых, всякому охота показать, на что он способен, ну, а потом, знаете, это все-таки довольно забавно – натянуть нос этим неповоротливым вещественным числам, чтобы они не важничали, потому что они народ ужасно спесивый, но совершенно не могут быть такими юркими, догадливыми и любезными, как мы! Однако, не всякий сразу с нами освоится. Вот, например, число шесть – поговорите о нем с вещественными числами, и они вам скажут, что это просто «дважды три». Справедливо, разумеется! Но с нашей точки зрения его можно еще немного иначе написать:

2 · 3 = 6 = (1 + √-5)(1 + √-5).

Попробуйте проверьте! Надо, видите ли, еще иметь в виду, что вопросы делимости могут касаться даже и алгебраических выражений, а ведь это очень важно, ибо алгебра-то и учит нас решать вопросы в общем виде. Вот задачка: дано выражение

m³ + 6m² + 11m + 6.

Спрашивается, делится оно на три или нет? Что вы на это скажете?

– Не знаю, – ответил смутившийся Илюша, – может быть, попробовать разложить на множители?

– 100 —

И мальчик получил:

(m + 2) (m + 3) (m + 4).

– А теперь заменим (m + 2) на n. И тогда?

Илюша написал, а затем ответил нерешительно:

– Три натуральных числа подряд. Произведение! Коли так… то должно делиться на три! Вот странная задачка! Сразу не разберешься. А ведь мне нужно еще узнать про Дразнилку, – обратился Илюша к Радиксу, ибо Мнимий уже исчез. – Ты расскажешь?

– Отчего же! – ответил Радикс, беря со стола три картоночки, каждая величиной с почтовую карточку, и протягивая их Илюше. – Мы с тобой сначала рассмотрим самый простенький случай – тройного Дразнилку, который у тебя назывался «икс». Помнишь?

– Помню! – сказал Илюша, разглядывая карточки. На каждой стояла цифра: 1, 2 и 3.

– Так вот, – продолжал Радикс, – положи их на стол в обычном порядке. Запиши мелом на стене эту первую комбинацию, исходный порядок, то есть 1-2-3. А теперь перекладывай их так: ту, которая стоит спереди, клади в самый конец и повторяй дальше тем же порядком. Это круговая, или циклическая, перестановка.

Илюша переложил несколько раз, потом сказал:

– Больше не выходит. Опять то же самое получается.

– А теперь разложи их в обратном порядке: 3-2-1 и перекладывай опять так же.

– И тут то же, – ответил Илюша. – Опять я пришел к тому же, с чего начал, то есть к 3-2-1.

– Ну, теперь запиши.

Илюша записал так:

А)

1 – 2 – 3

2 – 3 – 1

3 – 1 – 2

Б)

3 – 2 – 1

2 – 1 – 3

1 – 3 – 2

– Вот они и все, – сказал Илюша, – их всего шесть штук.

– Попробуй, – посоветовал Радикс, – взять опять комбинацию 1-2-3 и перекладывать не переднюю назад, а заднюю вперед.

– Не стоит, – отвечал Илюша, – это я уже пробовал там, у Розамунды. То-то и дело, что они ходят друг за дружкой гуськом. И все равно в какую сторону двигать.

– 101 —

– Правильно, – сказал Радикс. – А теперь положи карточки рядом в порядке 1-2-3 и посмотри в зеркало, что у тебя получится.

Илюша посмотрел в зеркало и увидел, что из его комбинации 1-2-3 в зеркале получается 3-2-1.

– Как раз наоборот! – сказал он. – Из «А» получается «Б».

– Ну, теперь переставляй их вкруговую. И смотри, что выходит в зеркале.

Из 2-3-1 в зеркале вышло 1-3-2; из 3-1-2 получилось 2-1-3.

– Ну, как ты думаешь, – спросил Радикс, – можно ли уложить карточки так, чтобы и перед зеркалом и в зеркале получилось одно и то же расположение?

– Н-нет, – сказал в недоумении Илюша. – Ну как же это возможно? Нет, нельзя!

– Так, – отвечал его наставник, – Значит, там один круг, а здесь другой. Ну, вот и всё. Весь секрет Дразнилки в том, что там при наличии одной пустышки, в сущности, возможны только круговые перестановки. Игра в Дразнилку, как ты и сам понимаешь, это игрушка, почти безделка, но вот именно из-за того, что в этой игре участвуют эти круговые перестановки, о которых мы еще наговоримся впоследствии, игрушка эта получает довольно серьезный смысл. А перевести 1-2-3 в 3-2-1 циклической перестановкой нельзя, как нельзя добиться, чтобы в зеркале было то же, что перед зеркалом. Значит, если у тебя стоит с самого начала какая-нибудь комби-

– 102 —

нация из круга «А», то ты можешь прийти к основной комбинации 1-2-3. Это будет четный круг. Но если у тебя стоит комбинация из круга «Б», то ее перевести в основную комбинацию невозможно. Но это – круг нечетный. Попробуй теперь в основной комбинации 1-2-3 переставить две какие-нибудь рядом стоящие цифры.

Илюша переставил. Из 1-2-3 получилось 1-3-2, потому что он переставил 2 и 3.

– Вот теперь получился круг «Б».

– Переставь еще двух соседей.

Илюша поменял местами 3 и 1 и получил 3-1-2.

– А теперь получился круг «А».

– Ну, вот и всё! – сказал Радикс. – Ты, я думаю, и сам видишь, что если переставляешь соседей четное число раз, то получается тот же круг. А если переставишь нечетное число раз любых соседей, причем неважно – этих ли самых или каких-нибудь других, то ты переводишь все расположение во второй круг, и тогда вернуться к первому кругу, не вынимая шашек из коробочки, невозможно. А теперь возьмем какую-нибудь комбинацию шашек в самом маленьком Дразнилке. Ответь мне: можно ли сказать сразу, выйдет у тебя в данном случае или не выйдет?

– Сказать я могу, – отвечал мальчик, – потому что помню, какие комбинации относятся к какому кругу.

– Та-ак… – довольно кисло протянул Радикс. – Однако не в числе шашек дело, потому что всего интереснее располагать правилом, которое было бы пригодно для любого числа шашек. Разумеется, мы начнем с того, что выясним, какие комбинации относятся к какому кругу, но в дальнейшем нам придется рассуждать уже по-иному. Не так ли? Как тебе кажется?

– Мне кажется, что нам нужно найти правило, по которому можно было бы сразу установить, выйдет данная комбинация или нет. Ты говорил, что все дело в том, сколько раз я переставлял соседние шашки…

– Так. Ну и что же?

– По-моему, можно так рассуждать. Каждый раз я меняю местами две шашки, то есть одну пару. Значит, надо сосчитать, сколько есть таких пар, которые поменялись местами.

Так как я не знаю, как именно они переставлялись, то надо пересмотреть все пары, которые стоят не в том порядке, который нужен. Вот, например, я начинаю с комбинации 1-2-3, затем идет комбинация 2-1-3. Тут только одна пара нарушает порядок: единица и двойка.

– Можно сказать, – вставил Радикс, – что эта пара образует беспорядок, инверсию.

– 103 —

– Хорошо. Значит, у нас здесь одна инверсия. Каждую пару я буду считать только один раз. Дальше беру комбинацию 2-3-1. Здесь есть две пары, образующие инверсии. Первая пара – единица и двойка, вторая – единица и тройка.

Двойка и тройка стоят относительно друг друга в порядке. Значит, здесь две инверсии. Беру еще одну комбинацию: 3-2-1. Здесь три пары шашек нарушают порядок. Первая пара – тройка и двойка. Вторая пара – тройка и единица. Третья пара – двойка и единица. Всего здесь три инверсии. Как ты и говорил, при четном количестве инверсий задачка решается…

– А если нет ни одной?

– Если нет ни одной, то и делать нечего, все и так в порядке. Значит, нуль тоже можно считать четным числом.

– Правильно.

– А если нечетное число инверсий, то задачка не может быть решена. Если подсчитать число инверсий в любой комбинации, то можно сразу сказать, выйдет или не выйдет. Если инверсий четное число, то выйдет; если нечетное, то не выйдет.

– Хорошо, – сказал Радикс, – а теперь перейдем к большому Дразнилке. Как там надо считать число инверсий и какой установить порядок?

Илюша задумался.

– Да, – промолвил он, – они просто по кругу не располагаются. Это ясно. Сейчас я попробую во всем разобраться. Ты не торопи меня. Ага, кажется, я начинаю кое-что понимать.

Начальный порядок там идет змейкой (верхний рисунок)^{7}.

– Правильно. Так вот мы и будем далее считать, «змейку» как нормальное начальное расположение в Дразнилке. Если двигаться по «змейке», то инверсий не получится. Вдоль нашей «змейки» мы и будем отсчитывать число инверсий. Теперь посмотрим, как вообще будет изменяться число инверсий, если

– 104 —

мы возьмем какое-нибудь – любое – расположение (рисунок средний)^{8} и в нем передвинем на пустое место (оно у нас во втором столбце и во второй строке) одну из шашек той же строки, то есть «три» или «восемь».

– Если идти вдоль по «змейке», – отвечал внимательный Илюша, – то число инверсий не изменится. Только разрыв в «змейке», который образует пустышка, перейдет на другое место, а в остальном расположение останется такое же.