Волшебный двурог

— Ученые, — продолжал Мнимий, — сперва, в семнадцатом веке, догадались, а через два века и доказали, что если принимать в расчет все корни уравнения, и действительные и комплексные, то вместе их будет всегда столько же, сколько единиц в показателе степени старшего члена уравнения. Это положение, чрезвычайно важное для алгебры, обычно называется основной теоремой алгебры [34] . Попутно выяснилось, что комплексных корней всегда бывает четное число, и у каждого такого корня имеется сопряженный комплексный корень. А то, что вы хотите узнать, можно показать на геометрическом примере. Сначала мы возьмем обычную декартову плоскость, затем еще одну, которая будет комплексной, и она же будет полупрозрачной… А вы, юноша, дайте мне квадратное уравнение поудобней!

34

Кто хочет познакомиться с этой теоремой поближе, пусть возьмет книгу Р. Куранта и Г. Роббинса «Что такое математика». М., Гостехиздат, 1947, и разберется во введении к гл. III, в § 4 гл. II, в § 3 гл. V.

— Пожалуйста! — не задумываясь, ответил наш герой, —

х² — 8х + 15 = 0.

Три и пять. Лучше не придумаешь.

— Сойдет, — ответил Мнимий. — Дальше так: пусть перед нами встанет первая плоскость, на ней оси деления и парабола. А комплексная плоскость пусть станет перед первой вплотную. Она полупрозрачная, и через нее мы отлично увидим первую.

Так все и случилось. Сперва возникла обычная плоскость, причем ось абсцисс была голубая, а ось ординат розовая, потом возникла и темно-синяя парабола. А на делениях (+3) и (+5), там, где были корни квадратного уравнения, где парабола пересекла ось абсцисс, ярко горели две блестящие оранжевые точки.

— Вот и корни! — сказал Илюша.

— А теперь мы сотворим и комплексную.

И действительно, тут же, поправей, возникла еще одна плоскость, не очень заметная, матовая. На ней были тоже две взаимно перпендикулярные оса, действительная и мнимая,

— 415 —

только они были совсем тоненькие. В начале координат сияла зеленая точка.

— Подвиньтесь! — вежливо попросил Мнимий.

И тут комплексная плоскость подвинулась налево и стала так аккуратно, что оси на том и на другом чертеже почти слились (они ведь были в одном масштабе!), но все было очень хорошо видно через вторую полупрозрачную плоскость.

— А зеленая точка на нуле, — сообразил мальчик, — означает, что ничего мнимого пока еще нет?

— По-видимому, так… — раздался торжественный шепот прямо из самого экрана: волшебные чертежи, оказывается, отлично умеют говорить!

— Итак, — продолжал Мнимий, — следите за мной хорошенько, и вскоре все станет ясно. Вот перед вами парабола! Она, как вы знаете, прекрасная гречанка, и от роду ей очень много лет. Для того чтобы все было не так хитро, мы будем рассматривать ее в таком виде, что коэффициент при иксе во второй степени будет равен единице.

— То есть, — подхватил Илья, — мы берем выражение

ах² + bх + с

и делим все члены на а.

Теперь перед Илюшей сиял график квадратного трехчлена, то есть чертеж параболы, обращенной вершиной вниз, ее ось стояла вертикально, и вершина параболы была ниже оси абсцисс (которая, как мы знаем, горизонтальная). Парабола пересекала ось абсцисс дважды. Недалеко засветилось и само уравнение:

х² — 8х+ 15 = 0.

— А какие у нас корни? — спросил Мнимий.

— Два действительных корня, потому что парабола пересекает ось абсцисс два раза, — отвечал мальчик.

— Справедливо. Теперь я попрошу параболу подняться немножко повыше.

Парабола охотно послушалась, и две оранжевые точки на горизонталях стали сближаться; и вот уже вершина параболы только касалась оси абсцисс в одной точке. Две оранжевые точки сошлись в одну.

— А теперь? — спросил Мнимий.

Рядом уже светилось и уравнение:

х² — 8х + 16 = 0.

— А теперь, — отвечал Илья, — два одинаковых действительных корня, оба равны (+4).

— 416 —

— Так. Согласен. Попрошу еще вверх немного.

Послушная парабола согласилась и на это. И теперь вся она поднялась выше оси абсцисс, не касаясь ее. Вершина параболы по-прежнему висела над делением оси абсцисс, равным четырем. Однако как только вершина параболы вздумала оторваться от горизонтали, немедленно оси на полупрозрачной комплексной плоскости стали еще ярче, а зеленая точка в начале координат вспыхнула посветлее. Едва лишь горизонталь и вершина параболы расстались друг с другом, эта точка немедленно раздвоилась. И теперь уже две зеленые точки медленно поползли: одна вверх по мнимой оси, а другая по той же оси вниз. Затем обе эти точки остановились против деления три, только одна стояла против (+3), а другая против (—3).

— Ну-с, — произнес Мнимий, — я вас слушаю.

— Тут, — сказал Илюша, — оба корня комплексные. И они, конечно, сопряженные. Один будет равен (4 + 3i), а другой (4 — 3i). Если теперь открыть скобки в выражении

[x — (4 + 3i)] [х — (4 — 3i) ] = 0,

то получится вот что:

х² — 8х + 25 = 0.

Этому уравнению соответствует парабола вот такая, как сейчас на нашем чертеже. А почему это так, сообразить нетрудно.

Ведь если написать:

[x — (a + bi)] [х — (a — bi) ] = 0,

то открой скобки и получишь:

х² — 2ах+ (а² + b²) = 0.

Вот и все! Проверить — одна минута.

— Точно! — подтвердил Мнимий. — А больше вы ничего не замечаете?

И вот только тут наш герой усмотрел, что парабола отразилась ниже действительной оси и висит там вершиной вверх.

Так что теперь уже перед ним были как бы две параболы… А из самого начала координат (там, где пересекались обе оси) ползет яркий лиловый пунктир со стрелочкой на конце. Он добрался до точки с координатами (4, 3), и стрелочка его остановилась, как только коснулась этой точки. Илюша обернулся к Мнимию, но, к своему удивлению, обнаружил, что его

— 417 —

приятель… исчез бесследно! Но когда он невольно слова перевел глаза на чертеж, он с удовольствием заметил, что лиловая стрелочка уже превратилась в самого Мнимия, который очень весело ему кивает из глубины чертежа!

— Вот я каков! — крикнул Мнимий из чертежа. — Могу вырасти, если парабола поднимется вверх…

Парабола стремительно рванулась ввысь, Мнимий, ринувшись за ней, вытянулся, стал длинный-длинный и страшно важный, ибо вершина параболы ушла куда-то очень высоко, а Мнимий остановился на 92-м делении по мнимой оси. Пока Мнимий удлинялся, в записи сверкающего уравнения значение свободного члена начало быстро увеличиваться (а коэффициент при неизвестном в первой степени оставался тем же).