Творчество в математике. По каким правилам ведутся игры разума
Шрифт:
Далее мы вкратце расскажем о том, как автор этой книги накапливал новые математические знания вне своей научной среды и вне родной ему западной культуры. Надеемся, что читатель снисходительно отнесется к крайне субъективному характеру повествования.
Пока что мы всегда говорили об эвристике в рамках определенной культуры — как в пределах академической среды, так и за ними. Теперь мы выйдем за рамки нашей культурной парадигмы и посмотрим, как математическое творчество соотносится с различными культурными и социальными аспектами, как оно связано с ними.
Мы уже говорили, что первый шаг на пути к математическому творчеству — это начать задавать вопросы о том, что нас окружает. Что может быть лучше, чем выйти из дома и начать наблюдать, изучать новое, испытывать незнакомые ощущения?
Математики нечасто путешествуют. Мы не имеем в виду путешествия, связанные с научной работой, которые проходят в привычном для ученых контексте. Мы говорим о путешествиях с целью узнать что-то новое, познакомиться с новыми людьми, новыми культурами и обычаями, новым образом жизни и образом мыслей. К таким путешествиям не относятся организованные поездки, так как в них туриста окружает значительная часть привычной среды — хотя бы минимальные удобства, транспорт, гид-переводчик и попутчики, принадлежащие к родной культуре.
Погружения в другую культуру выглядят совершенно иначе: в них путешественник покидает привычный культурный контекст. В течение короткого промежутка времени он старается жить максимально похоже на то, как живут местные, вести себя так же, как они, есть ту же еду и в тех же ресторанах и кафе, он поселяется в тех же гостиницах, куда селятся местные жители, когда они отправляются в поездки.
В подобных путешествиях мы понимаем, что обычная жизнь представителей разных культур отличается: в разных странах люди говорят на разных языках, у них разные верования и обряды, социальная и политическая организация, система ценностей, гастрономия, архитектура, искусство, музыка, литература и многое другое, что составляет самобытность страны. Путешественник стремится найти сходства и различия между этой культурой и культурой родной страны. Так он не только близко знакомится с новой страной, но и лучше узнает самого себя и, как следствие, свою культуру.
Кто-нибудь думал о математике во время путешествия? Когда лодка несет нас по водам Ганга, мы смотрим на клубы дыма, поднимающиеся от кремируемых тел, чей прах затем будет развеян по реке. Сидя на песке, мы смотрим на звездообразный силуэт пальмы в лучах закатного солнца, на то, как она колышется на ветру. Сидя на полу храма, мы восхищаемся неизмеримым множеством деталей: вот священник в клубах благовоний освящает подношения, служки в разноцветной одежде, повторяющаяся музыка гамелана, скульптуры внутри храма, декорации из бамбука и сплетенных листьев, корзины с экзотическими фруктами… Может ли кто-нибудь думать о математике, видя вокруг себя все это великолепие?
Это невозможно. Тем не менее, проведя некоторое время в чужой стране, мы привыкаем к экзотике. То, что раньше казалось странным, теперь привычно. И в этот момент мы можем заняться тем же, чем занимались дома. Когда этот первый этап пройден, но поездка еще не закончена, путешественник в свободные минуты может задуматься о чем-то привычном, свойственном его среде.
В эквадорском городе Баньос я впервые в жизни начал разговор о математике, находясь далеко от дома, — я разговорился с немецким туристом, который интересовался теоремами о собственных значениях.
Второй подобный разговор произошел несколько лет спустя, когда я взял с собой в Индонезию тетрадь с заметками и книгу по математике, чтобы подготовить курс лекций. Путешествие обещало быть долгим, и я планировал пробыть на одном месте несколько недель. Музыка и литература помогли мне воссоздать привычное рабочее место, очень похожее на то, что было у меня дома. Сначала это казалось мне странным, но постепенно я привык заниматься математикой в тропиках. Именно тогда мне пришла в голову описанная ниже задача об оптимизации: на мысль о ней меня навели острова Молуккского архипелага, разделенные проливом шириной всего два километра: Тернате, имеющий почти идеально круглую форму, и соседний с ним остров Тидоре.
Задача формулируется следующим образом. Даны два круглых острова, на каждом из них есть всего одна дорога, идущая вдоль побережья. Один человек находится в точке Р на дороге, проложенной на одном острове, и ему нужно попасть в точку Q на дороге,
расположенной на другом острове, как показано на рисунке. Как найти кратчайшую траекторию?Все возможные траектории, проходящие по островам, будут иметь форму дуг окружности. С одного острова можно попасть на другой, двигаясь вдоль прямой линии. Вспомним рекомендации Пойа и сведем задачу к простейшему случаю, затем будем рассматривать все более сложные случаи и в итоге найдем общее решение.
1. Оба острова представляют собой точки.
2. Один из островов представляет собой точку.
3. Острова имеют одинаковый радиус.
4. Острова имеют разный радиус.
Основную роль при решении задачи играют четыре точки, положение которых определяется общими касательными к обеим окружностям, как показано на иллюстрации.
При решении задачи возникает вопрос: путь между какими точками будет кратчайшим, если мы будем передвигаться исключительно морем? А что если один остров расположен внутри другого и они разделены озером, имеющим форму кольца?
Моя третья встреча с математикой за пределами родной культуры произошла на пляже Падангбай на острове Бали. Там я встретил школьного учителя из небольшого городка, расположенного неподалеку, и его семилетнюю дочь. Учитель писал на песке примеры, а дочь должна была их решить. Меня удивил необычный способ умножения на пальцах, который они использовали. Я вспомнил одну из книг Джорджа Ифра, которая стояла в шкафу у меня дома, в 13 тысячах километров от того места, где я находился. В ней описывались различные способы умножения, используемые в разных частях света, но я не мог вспомнить, упоминалась ли в книге Индонезия и остров Бали.
Чтобы умножить, например, 6 на 8, девочка сжимала в кулак пальцы левой руки, а затем считала до 6 на пальцах, так, что в итоге один палец оказывался загнутым, 4 — разогнутыми. Затем она считала до 8 на пальцах правой руки так, что в итоге загнутыми оказывались 3 пальца, разогнутыми — 2, как показано на рисунке ниже.
Чтобы получить результат, девочка прибавляла число загнутых пальцев, умноженное на 10, то есть 10 * (1 + 3) = 40, к произведению чисел, которые обозначались разогнутыми пальцами, то есть 4·2 = 8. Результат умножения равнялся 40 + 8 = 48.
Кто придумал такой способ и как он работает? На первый вопрос ответить невозможно — способ очень древний. А ответ на второй вопрос выглядит так:
(10 — а) (10 — Ь) = 100 — 10а — 10Ь + аЬ =
= 100 —10(а + Ь) + аЬ = 10[10 — (а + Ь)] + ab.
Здесь а + b — число разогнутых пальцев, 10 — (а + Ь) — число загнутых пальцев. Число загнутых пальцев следует считать десятками, то есть умножить на 10. Наконец, а и b обозначают число загнутых пальцев на каждой руке. При умножении 6 x 7 мы получаем а = 4, b = 3. При умножении 8 x 8 загнутыми оказываются три пальца на каждой руке, они обозначают шесть десятков (60), два разогнутых пальца на каждой руке обозначают 2·2 = 4 единицы. Следовательно, результат умножения равен 60 + 4 = 64.