СНОВА КОНИЧЕСКИЕ СЕЧЕНИЯ

СНОВА КОНИЧЕСКИЕ СЕЧЕНИЯ

— Так вот, — продолжал Мате, принимая из рук Фило заново наполненный стакан, — вы уже сами установили, что задача об удвоении куба сводится к вычислению корня кубического из двух. На языке современной алгебры, то есть пользуясь буквенными обозначениями, это можно записать так:

что вытекает из известного еще в Древнем Вавилоне уравнения x³ = 2. Менехм предложил записать это уравнение в виде двойной пропорции:

1/х = х/у = у/2.

— Не понимаю, — сказал Фило, — откуда взялся игрек?

Мате возвел очи к небу. О Господи! Он и забыл, что для Фило алгебраические преобразования — китайская грамота.

— Исключите из этих двух пропорций смущающий вас игрек, и вы снова получите x³ = 2, — объяснил он, доставая блокнот. — Смотрите. Из пропорции 1/х = х/у следует, что у = х². Подставьте в равенство ху = 2 вместо игрека x², и получится, что х³ = 2. Теперь вы видите, что от преобразования, сделанного Менехмом, наше первоначальное уравнение ничуть не изменилось.

— Зачем же было переливать из пустого в порожнее?

— Как — зачем? Да ведь вместо одного уравнения мы получили два: ху = 2 и у = х².

— Подумаешь, прибыль!

— И очень большая. Потому что ху = 2 — это не что иное, как уравнение равносторонней гиперболы, а у = х² — уравнение параболы!

— Конические сечения!

— В том-то и дело. И, стало быть, теперь мы можем изобразить наше уравнение в виде кривых на чертеже. Для этого начертим сперва оси координат…

— Чего-чего?

— Оси координат, — раздельно повторил Мате. — Пора о них знать.

— Вот еще! — фыркнул Фило, пылая благородным негодованием. — Мы этого в школе не проходили.

— Не мы, а вы, — уточнил Мате. — Вы не проходили. Но теперь вам от этого не отвертеться. Так вот, достопочтенный Санчо, соблаговолите запомнить, что оси координат существуют для того, чтобы определять положение точки на плоскости или в пространстве. Само собой разумеется, что для нахождения точки на плоскости достаточно двух координат. Если же точканаходится в пространстве, которое, как известно, трехмерно, тут уж потребуются три координаты.

— Ну, это нам ни к чему, — быстро ввернул Фило. — Мы ведь ищем точку на плоскости. Стало быть, хватит с нас и двух координат.

— Прекрасно! — неожиданно похвалил Мате. — Раз вы уразумели это, значит, поймете и то, как строятся графики уравнений. Итак, вычертим оси координат, иначе говоря — две взаимно перпендикулярные прямые. Одну из них — горизонтальную — назовем осью иксов, другую — вертикальную — осью игреков. Точку их пересечения обозначим буквой О. Начнем с уравнения параболы…

— Игрек равняется иксу в квадрате, — сейчас же припомнил Фило.

— Вот именно, — подтвердил Мате. — В чем особенность этого уравнения? А в том, что каким бы ни было числовое значение икса, игрек всегда будет равен квадрату этого числа. Допустим, что икс равен нулю. Тогда игрек равен…

— …тоже нулю, — подхватил Фило.

— Правильно. Вот и найдем эту точку на плоскости.

— А ее искать нечего: вот она! — Фило ткнул пальцем в точку О.

— Совершенно верно. Иначе, точка с координатами ноль, — ноль совпадает с началом координат. Пошли дальше. Допустим, что икс равен единице. Тогда игрек тоже равен единице, так ведь? Найдем точку с координатами единица — единица. Для этого отложим сперва единицу на оси иксов вправо от точки 0…

— В каких единицах длины? — озабоченно перебил Фило.

— В каких угодно. Но для удобства лучше все-таки не в километрах.

— Тогда в сантиметрах?

— Да будет так! Итак, вправо от точки О по оси иксов откладываем один сантиметр. Из конца этого отрезка восстанавливаем перпендикуляр также длиной в один сантиметр. Конец этого перпендикуляра и есть искомая точка с координатами один — один. Допустим теперь, что значение икс не единица, а двойка. Тогда игрек равен…

— Четырем!

— Браво! После этого гениального заявления вам остается лишь найти точку с координатами два — четыре самостоятельно.

Фило отложил два сантиметра от точки О по оси иксов, восстановил из конца этого отрезка перпендикуляр, равный четырем сантиметрам, и посмотрел на Мате победоносно, как актер, ожидающий бурных оваций.

Но оваций не последовало. Мате весьма сухо потребовал, чтобы Фило нашел точку при х = 3, потом х = 4, и отвязался от него только тогда, когда места на листке уже не осталось.

— Ну вот, — процедил он, окинув чертеж критическим оком. — Мы получили несколько точек, удовлетворяющих уравнению у = х². Все они, естественно, лежат на нашей параболе. Стало быть, остается соединить их плавной кривой — и график данного уравнения, то бишь парабола, перед нами!

Фило недовольно осмотрел вычерченную Мате линию.

— Позвольте, — сказал он заносчиво, — какая же это парабола? Помнится, там, на базаре, вы показали мне кривую, напоминающую рогатку, а тут…

— А тут половина рогатки, — засмеялся Мате.

— Но куда же девалась вторая половина?

— Вторая находится по левую сторону оси игреков, где координаты х отрицательны. А так как отрицательное число, возведенное в квадрат, становится положительным, значит, игрек тоже будет у нас всегда числом положительным. Вот и выходит, что координаты игрек и справа и слева от вертикальной оси совершенно одинаковы. А раз так, значит, левая часть параболы симметрична правой. Дорисуем ее, если хотите, — и целая рогатка в вашем распоряжении. А теперь, когда с параболой покончено, тем же способом вычертим гиперболу, ху = 2.

Фило почесал в затылке. Сразу видно, что тут придется попотеть!

— Почему вы думаете? — осведомился Мате.

— Так ведь в первом уравнении икс и игрек были по разные стороны равенства, а тут в общей куче…

— Раз это вас смущает, отделим их друг от друга. Нетрудно выяснить, что у = 2/х. Заменим первое уравнение вторым — и дело с концом!

— Ага! — кивнул Фило. — Тогда начнем, как полагается, с х = 0…

— Стоп! Как известно, деление на нуль запрещено. Так что начнем с х=1. Тогда у = 2/1, или попросту двум…

— Значит, находим точку с координатами один — два, — подхватил Фило, орудуя карандашом.

— Дальше.

— Дальше нахожу точку при х = 2. Игрек при этом равен единице. При х = 3 игрек равен двум третям… Постойте, как же так? — Фило запнулся. — Выходит, чем больше икс, тем меньше игрек?

— Правильно подмечено! — одобрил Мате. — Чем больше икс, тем меньше игрек, и обратно: чем меньше будет становиться икс, стремясь к нулю, тем больше будет становиться игрек, стремясь к бесконечности. А теперь соединим, наконец, найденные нами точки одной линией — и гипербола готова.

— К тому же не наполовину, а целиком, — удовлетворенно констатировал Фило. — Точь-в-точь как та, что вы нарисовали в Исфахане.

— Должен вас огорчить. То, что я нарисовал в Исфахане, полной гиперболой не было, как не был полной конической поверхностью и тот бумажный фунтик, который мы с вами рассекали воображаемыми плоскостями. Потому что полная коническая поверхность состоит не из одного, а из двух одинаковых фунтиков, соприкасающихся вершинами. И, стало быть, в каждом из этих фунтиков образуется только одна ветвь гиперболы, в то время как полная гипербола состоит из двух ветвей.

— Значит, на нашем чертеже должна быть еще одна ветвь. Но где же она? — недоумевал Фило.

— Ее нетрудно получить, придавая иксам отрицательные значения. Только, в отличие от параболы, игрек при этом тоже будет принимать не положительные, а отрицательные значения.

— Так, так, так, — озабоченно пробормотал Фило. — Икс отрицательный. Значит, откладывать его следует по оси иксов влево. Но вот вопрос: на какой оси откладывать отрицательные игреки?

— Это уж пустяки. Положительные игреки расположены вверх по оси иксов, стало быть, отрицательные…

— Вниз! — сообразил Фило и принялся откладывать отрицательные координаты точек -1, -2; -2, -1; -3, -2/3 и, наконец, — 1/2, -4. — Теперь, — сказал он, полюбовавшись своей работой, — объединим все это хозяйство общей линией, и вторая ветвь гиперболы налицо. Ура, ура и в третий раз ура! Остается выяснить главное: для чего все это делалось?

— Для того, чтобы понять, каким образом Менехм решал задачу об удвоении куба, — пояснил Мате. — А решал он ее так: изображал обе кривые на одном чертеже, рассматривая при этом только ту часть координатной плоскости, на которой эти кривые пересекаются. Точка пересечения их — обозначим ее буквой А — удовлетворяет и первому и второму уравнениям, а следовательно, и уравнению х² = 2. Опустим из этой точки перпендикуляр на ось иксов, обозначив основание перпендикуляра буквой В, и искомая нами длина ребра удвоенного куба найдена: это отрезок OB. Ему-то и равен х. Вот как конические сечения помогли Менехму решить одни из видов кубического уравнения. А Хайяму они помогли решить все нерассмотренные до него виды.

— Кажется, он насчитал их четырнадцать, — вспомнил Фило.

— Собственно говоря, в наше время все эти виды сводятся к одному. Да и способ решения изменился. Теперь кубические уравнения решаются по формуле итальянского математика XVI века Кардано.

Фило разочарованно нахохлился. Как же так? Выходит, Хайям трудился впустую? Мате задумчиво помешал ложечкой в стакане.

— В науке ничего не бывает впустую. Ни открытий, ни ошибок. Конечно, трудам Хайяма не суждено было оказать влияние на развитие европейской математики — эта честь досталась ал-Хорезми. Зато они оказали огромное влияние на математиков Востока. Идеи Хайяма были подхвачены и развиты другими, более поздними учеными. Кроме того, не следует забывать, что в некоторых вопросах Хайям произвел настоящую революцию. Достаточно вспомнить его календарную реформу. Или учение о числе… Надо вам знать, что Хайям был первым, кто признал иррациональные числа и, таким образом, открыто выступил против Аристотеля, который во всем остальном оставался для него непререкаемым авторитетом.

Фило недоверчиво поджал губы. Чудно! Неужели было время, когда иррациональных чисел не признавали?

— Было время, когда не признавали и отрицательных, — сказал Мате. — Вот, например, два минус пять. С нашей точки зрения, это можно рассматривать как сложение положительного и отрицательного чисел: 2 + (-5) = -3. С точки зрения древних, такое вычитание невозможно. Уравнение х + 2 = 0, по их мнению, также чистейшая нелепость, ибо нет такого числа, которое, будучи прибавлено к двум, равнялось бы нулю. А по-нашему, такое число есть: это -2. Поэтому уравнение вполне разрешимо. Просто корень у него отрицательный.

Фило вдруг зажмурился. Подумать только, сколько отчаянного труда, смелости и немыслимого таланта стоит за любым, самым, казалось бы, незначительным научным понятием! Это похоже на бесконечную лестницу, где каждая ступенька штурмуется как горный пик. Чтобы признать какое-то безобидное иррациональное число, Хайям должен был обладать мужеством богоборца: ведь он посмел оспаривать самого Аристотеля! А Эратосфен, дерзнувший ввести движение в геометрию, вероятно, чувствовал себя чуть ли не преступником…

— Кстати, об Эратосфене, — круто свернул в сторону Фило. — Мне кажется, ему непременно следовало бы изменить имя.

— Это еще зачем?

— Судите сами: Эрато в Древней Греции — муза любовных песен. Разве это подходит математику? Вот если бы Эратосфен писал стихи…

— К счастью, он их не писал, — безапелляционно заявил Мате.

— Вы уверены? После истории с двумя Хайямами я бы на вашем месте не слишком полагался на свою память.

Мате покраснел. Проклятая забывчивость! Он снова направился в прихожую и вернулся с книгой в черном глянцевом переплете.

— Вот, — сказал он, — здесь собраны биографии ученых Древнего Вавилона, Египта, Греции. Сейчас открою главу об Эратосфене и выясню, чего я там не заметил.

— Позвольте мне! — Фило осторожно отнял у него книгу.

Он мгновенно, как всегда, нашел нужную страницу, пробежал ее глазами и торжествующе рассмеялся.

— Так и есть! «Он (то есть Эратосфен) был знаменит во многих отраслях: как математик, географ, историк, филолог и поэт. Образчиком его тонкого стихотворного искусства является эпиграмма об удвоении куба… В его диалоге „Платоник“ рассматривается не только эта делийская задача, но и философские проблемы и некоторые вопросы теории музыки. Он написал поэму о звездном небе в форме повествования о небесных странствиях Гермеса[20] и его всевозможных приключениях, а также собрал мифы, касающиеся созвездий. Он составил новую карту мира, основанную на предположении шарообразности Земли, вычислил наклон эклиптики,[21] расстояния до Солнца и Луны и длину земного меридиана. И он же написал большое исследование о древнегреческой комедии… Кроме того, Эратосфен считается родоначальником критической хронологии, так как научил человечество точно определять даты исторических событий…» Ну, что скажете?

— Скажу, что Эратосфену незачем менять имя, — угрюмо буркнул Мате. — И еще, что вы как филолог-любитель должны были знать о существовании такого интересного литератора.

— Должен был знать и узнал. Но вы не сказали самого главного. Мы с вами то и дело натыкаемся на примеры, свидетельствующие о губительной, тормозящей силе предубеждений, а между тем со своими собственными предубеждениями расстаемся весьма неохотно.

— Да, это вам не чай пить, — довольно язвительно отозвался Мате.

— Согласен. Но на то мы и друзья, чтобы помогать друг другу преодолевать трудности. Как это сказал тогда Хайям? «Что видно на другом, то на себе не видно. Дурные стороны видней со стороны…»

— Иначе, вы мне будете помогать избавляться от моих предубеждений, а я вам от ваших, — уточнил Мате. — Что ж, по рукам!

Они обнялись, но тут за стеной раздались душераздирающие вопли. Фило и Мате бросились в кухню: Клеопатра и Пенелопа тузили друг друга почем зря! Мате хотел разогнать их, но Фило, улыбаясь, увел его обратно в комнату. Кто знает, может быть, они избавляют друг друга от предубеждений?