. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ПЯТИМИНУТКИ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ПЯТИМИНУТКИ Ehrhard Behrends Mathematik 100 Beitrдge der Mathema k-Kolumne der Zeitung DIE WELT Fьnf Minuten Mit einem Geleitwort von Norbert Lossau 3., aktualisierte Au age Spektrum Э. Берендс <...> МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ПЯТИМИНУТКИ Перевод с немецкого Н. А. Шиховой, И. А. Маховой 4-е издание (электронное) Москва Лаборатория знаний 2016 УДК 51(079) ББК 22.1 Б48 Берендс Э. <...> Нужно еще сказать, что колонка «Пять минут математики» в газете DieWelt была переименована в «Математика в 2008 году». <...> Рубрика «Пять минут математики» выходила каждый понедельник в DieWelt, а через несколько недель эту колонку перепечатывали в Berliner Morgenpost. <...> DieWelt не страдает от такого подхода и не боится, например, посвятить целый разворот числу π (25 февраля 2006 г.). <...> «Пять минут математики» заслуживают того, чтобы расширить круг читателей, не ограничиваясь подписчиками DieWelt, и нам приятно, что, издав книгу, издательство сделало доступным эту серию статей для широкой аудитории. <...> Через два года сто статей из колонки «Пять минут математики» привели к созданию другой рубрики. <...> Как же математики вычислили точное число 13983816 всех возможных комбинаций в лотерее? <...> КОЛОДА КАРТ ВЫШИНОЙ ПОЧТИ В ЧЕТЫРЕ С ПОЛОВИНОЙ КИЛОМЕТРА Осознать ничтожность шансов на лотерейный выигрыш помогает не только идея набирать наугад телефонный номер незнакомца. <...> 1) Вспомним, что толщина колоды карт составляет около одного сантиметра. <...> Евклид описывает что-то вроде машины, в которую закладывают некоторые простые числа, а она в ответ выдает простое число, отличное от всех заложенных. <...> 54 рассказывается, как в наше время находят «очень большие» простые числа. <...> Его нашли 23 августа 2008 года на математическом факультете университета UCLA в рамках проекта по распределенному поиску простых чисел Мерсенна GIMPS. <...> 23 в криптографии, а маленькими считаются числа всего только с несколькими сотнями цифр. <...> Хорошо известен парадокс дней рождения, описанный в гл. <...> Однако в серьезной криптографии рассматриваются числа с сотнями цифр. <...> Так, много шума произвело <...>
Математические_пятиминутки_(1).pdf
ББКУДК 51(079)
22.1
Б48
Берендс Э.
Б48 Математические пятиминутки / Э. Берендс ; пер. с нем. —
6-е изд., электрон. —М. : Лаборатория знаний, 2024. — 379 с. —
сСистем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл.
титул. экрана. —Текст : электронный.
ISBN 978-5-93208-745-9
Книга представляет собой перевод широко известной зарубежному
читателю книги для математического досуга. Ее автор —
профессор математики Берлинского университета, блистательный
популяризатор науки. В основу книги легли более 100 эссе, которые
Э. Берендс публиковал в своей рубрике в газете «ДиВельт». Русское
издание представляет собой перевод 3-го немецкого издания, в котором
исправлены замеченные опечатки.
Книга написана живым и доступным языком, сложные математические
факты излагаются под неожиданным углом зрения, при
этом их научная составляющая не нарушается. Приводятся многочисленные
исторические факты. Книга богато иллюстрирована.
Автор поставил своей целью уверить читателя, что математика
ине сухой и нудный предмет, а, напротив, она полна очарования
достойна восхищения.
Книга адресована широкому кругу читателей, всем, кто готов
22.1
занять свой досуг захватывающим и познавательным чтением.
ББКУДК 51(079)
Деривативное издание на основе печатного аналога: Матеиматические
пятиминутки / Э. Берендс ; пер. с нем. — 3-е изд., испр.
доп. —М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. — 376 с. : ил. —
ISBN 978-5-9963-1735-6.
ограничений,В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении
установленных техническими средствами защиты
unf¨ Minuten Mathematik
автора Ehrhard Behrends,
опубликованного издательством
© Springer Spektrum
FПеревод немецкого издания
ISBN 978-5-93208-745-9
Media
© All Rights Reserved
Springer Fachmedien Wiesbaden
2006, 2008, 2013
aSpringer Fachmedien Wiesbaden is
Лаборатория знаний, 2015
авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя
возмещения убытков или выплаты компенсации
part of Springer Science+Business
Стр.5
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие к третьему изданию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Предисловие ко второму изданию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
«Пять минут математики» в газете Die Welt . . . . . . . . . . . . . 8
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Глава 1. Госпожа удача . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Наскольковероятновыигратьглавныйпризвлотерее?
Глава 2. Волшебная математика: тысяча и одно волшебство 17
Фокус с числом 1001
Глава 3. Сколько лет капитану? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Математическая точность. Коэффициент комфорта
Глава 4. Головокружительно большие простые числа . . . . . 22
Простых чисел бесконечномного. ДоказательствоЕвклида
Глава
5. Проигрыш + проигрыш = выигрыш . . . . . . . . . . . . . 25
Парадоксытеориивероятностей:Паррондо,днейрождения
и перестановок
Глава 6. Интуиция подводит нас, когда речь идет о больших
числах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Письма счастья. Рисовый сель
Глава 7. Ключ к шифру—в телефонной книге . . . . . . . . . . . 33
Криптографиясоткрытымключом.Шифрованиеспомощью
случайных чисел
Глава 8. Деревенский цирюльник, который сам себя бреет 37
Парадокс Рассела
Глава 9. Уйди, пока ты впереди . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Правило остановки. Теорема о правиле остановки
Глава10. Может ли обезьяна создать великое литературное
произведение? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Шимпанзе за клавиатурой
Глава11. Парадокс дней рождения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Насколько вероятно совпадение дней рождения?
Глава12. Horror vacui . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Пустое множество. Объединение и пересечение
Стр.372
372 Оглавление
Глава13. Достаточная сложность математической логики
необходима . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Необходимость и достаточность
Глава14. Менять или не менять? Парадокс Монти Холла 57
Задача про козлика. Условные вероятности.Формула
Байеса
Глава15. В отеле Гильберта всегда есть свободные номера 67
Отель Гильберта
Глава16. Это удивительное число π . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Число π в библии. Простые оценки
Глава17. Вычисляемая случайность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Предельная теорема теории вероятностей
Глава18. Миллионная награда: как распределены простые
числа? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Распределениепростыхчисел.Теоремаопростыхчислах.
Гипотеза Римана
Глава19. Пятимерный торт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Размерность. Четырехмерный куб (гиперкуб)
Глава20. Казнить нельзя помиловать . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Ассоциативный и коммутативный законы в математике
и речи
Глава21. Возьми меня на Луну . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Конкретные приложения математики
Глава22. Остатки сладки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
amodb. Вычисления по модулю. Теорема Ферма
Глава23. Совершенно секретно! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Алгоритм RSA. Теорема Эйлера
Глава24. Волшебная математика: порядок среди хаоса . . . 101
Фокус Джилбрейта
Глава25. Как вступить в контакт с гением . . . . . . . . . . . . . . . 104
Гаусс. 17-угольник. Простые числа Ферма
Глава26. О полутонах и корнях двенадцатой степени . . . . 109
Пифагорова и хроматическая гаммы
Глава27. Вечно я не в той очереди! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Теория очередей
Глава28. Незаслуженно недооцененное число . . . . . . . . . . . . . 115
Ноль
Глава29. Я люблю считать! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Некоторые комбинаторные результаты. Биномиальные
коэффициенты
Глава30. Гений-самоучка. Индийский математик Рамануджан
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Удивительная судьба индийского математика
Стр.373
Оглавление 373
Глава31. Я терпеть не могу математику, ведь ...
Почему эту науку так не любят?
. . . . . . . . . 126
Глава32. Путешествующий коммивояжер. Современная
Одиссея . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Задача о коммивояжере. P=NP?
Глава33. Квадратура круга . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Построения циркулем и линейкой
Глава34. Шаг в бесконечность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Принцип индукции
Глава35. Математика в твоем CD-плеере . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
Кодирование. Теорема отсчетов
Глава36. Логарифм. Вымирающее племя . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
Умножение как сложение логарифмов
Глава37. Математика, достойная награды . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Абелевская премия. Медаль Филдса
Глава38. Почему именно аксиомы? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Аксиоматика
Глава39. Компьютерное доказательство . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Задача о четырех красках
Глава40. Лотерея. Маленькие выигрыши . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Вероятность угадать 1, 2, ..., 6 правильных номеров
Глава41. Формулы = концентрат мысли . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
Преимущество буквенных обозначений. Декарт
Глава42. Бесконечный рост . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Число e. Экспонента
Глава43. Как кванты вычисляют? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Квантовый компьютер. Кубиты
Глава44. Крайности! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Типичная задача об экстремальных значениях. Имитация
отжига
Глава45. Бесконечно малые? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Бесконечно малые величины. Нестандартный анализ
Глава46. Математика в пожарной части . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Ошибки первого и второго рода
Глава47. Первому доказательству уже 2500 лет . . . . . . . . . . 183
Элементы Евклида. Теорема Фалеса
Глава48. В математике есть трансцендентное, хотя нет ничего
мистического . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Иерархия чисел: натуральные, целые, рациональные...
числа
Глава49. Каждое четное число равно сумме двух простых? 191
Гипотеза Гольдбаха
Стр.374
374 Оглавление
Глава50. Почему мы неправильно обращаем условные вероятности
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Формула Байеса
Глава51. Миллионер или миллиардер? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Обозначения на разных языках
Глава52. Математика и шахматы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
Правила игры и аксиомы
Глава53. «Книга природы написана языком математики» 205
Математика и реальность. Как применяется математика?
Глава54.
Поиск простых чисел Мерсенна . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
Простые числа-рекордсмены
Глава55. Берлин, XVIII век: открыта самая красивая формула
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
Разложение в ряд экспоненты, синуса и косинуса
Глава56. Первое действительно сложное число . . . . . . . . . . . 215
Иррациональность корня из двух
Глава57. P=NP: Нужно ли везение в математике? . . . . . . . . 218
P- и NP-задачи
Глава58. Вам всего лишь 32 года! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
Разные системы счисления
Глава59. Игла Бюффона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
Эксперимент Бюффона по вычислению π
Глава60. Жара и холод: контролируемое охлаждение как
способ решения задач оптимизации . . . . . . . . . . . . . 228
Имитация отжига. Задача о коммивояжере
Глава61. Кто не заплатил? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Неконструктивное доказательство существования.
Принцип кроликов и клеток
Глава62. О чем говорит статистика? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
Статистический контроль качества
Глава63. Арбитраж . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Опционы.Принцип арбитражадля определенияцены
Глава64. Прощай, риск. Опционы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Опционы пут и колл
Глава65. Отражает ли математика реальный мир? . . . . . . . 244
Правдоподобны ли следствия из аксиом? Парадокс
Банаха–Тарского
Глава66. Математика, которую слышно . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
АнализФурье.Синускаксобственнаячастотачерного
ящика
Глава67. Случай-композитор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
Игральные кости: метод Моцарта
Стр.375
Оглавление 375
Глава68. Бывает ли игральным костям совестно? . . . . . . . . 255
Совпадение
Глава69. Клубничное мороженое убивает! . . . . . . . . . . . . . . . . 257
Как лжет статистика
Глава70. Процветание для всех . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
Письма счастья в бесконечном мире
Глава71. Никакого риска, спасибо! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Хеджирование в финансовой математике
Глава72. Нобелевская премия в математике? . . . . . . . . . . . . . 266
Абелевская премия
Глава73. Случай-вычислитель: метод Монте-Карло . . . . . . . 270
Как вычисляют площади с помощьюдатчика случайных
чисел
Глава74. Нечеткая логика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
Нечеткое управление
Глава75. Секретные послания в Библии . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
Мистикачисел.Библейскиекоды. Законмалыхчисел
Глава76. Насколько узловатым может быть узелок? . . . . . . 281
Теория узлов. Инварианты узлов
Глава77. Сколько математики нужно человеку? . . . . . . . . . . 285
Почему математика?
Глава78. Много, больше, еще больше! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
Иерархия бесконечностей. Диагональный метод Кантора
Глава79.
Вероятно, это верно . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
Вероятностное доказательство. Алгоритм Шора для
квантового компьютера
Глава80. Живем ли мы в скрюченном мире? . . . . . . . . . . . . . 294
Неевклидова геометрия
Глава81. Бывают ли в математике стандарты? . . . . . . . . . . . 297
Математическая речь (за небольшим исключением)
стандартизована
Глава82. Взмах крыльев бабочки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
Теория хаоса. Линейные задачи
Глава83. Разбогатеть гарантированно . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
Феномен больших чисел
Глава84. Не доверяйте тем, кому за тридцать . . . . . . . . . . . . 307
Правда ли, что математическая креативность с возрастом
быстро убывает?
Глава85. Равенство в математике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
Тождество зависит от контекста
Глава86. Волшебные инварианты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
Математика и волшебство
Стр.376
376 Оглавление
Глава87. Математика идет в кино . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
Как представлена математика в кинематографе
Глава88. Ленивая восьмерка: бесконечность . . . . . . . . . . . . . . 317
Как математики работают с бесконечностью
Глава89. Поля книг должны быть шире! . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
Задача Ферма. Бесконечный спуск
Глава90. Математика: что у нас внутри . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
Компьютерная томография. Обратная задача
Глава91. Мозг внутри компьютера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
Нейронная сеть. Перцептрон
Глава92. Cogito, ergo sum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
Декарт. Декартовы координаты
Глава93. Есть ли в мире дыры? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
Гипотеза Пуанкаре
Глава94. Так ли страшны комплексные числа? . . . . . . . . . . 336
Комплексные числа
Глава95. Эшер и бесконечность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
Морис Эшер. Паркеты
Глава96. В начале единица встречается чаще двойки . . . . 344
Закон Бенфорда
Глава97. Подсолнух и ратуша в Лейпциге . . . . . . . . . . . . . . . . 348
Золотоесечение.ПоследовательностьФибоначчи.Цепные
дроби
Глава98. Оптимально упакованная информация . . . . . . . . . . 354
Теория кодирования. Контрольные биты. Коды Хэмминга
Глава99.
Четырех красок достаточно . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
Задача о четырех красках. Графы
Глава100. Математики становятся миллионерами . . . . . . . . 363
Алгоритмы Гугла
Что читать дальше . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
Стр.377