Марат Авдыев - Восхождение к вершине гиперкуба. Великая теорема Ферма для миллиардов обычных людей

– Да

– Значит ты легко убедишься: всё, что ты делаешь с гиперкубом, зажатым в угол между зеркалами, одновременно появляется в зеркальном отражении и наоборот. От наблюдателя можно закрыть основной гиперкуба, те есть нашу коробочку шторкой, но легко представить себе все действия над ним, глядя в зеркальные отражения. Верно?

– Верно.

– А ещё обрати внимание на зеркало. – указала пальцем Татьяна. – Это не просто зеркало а гиперплоскость, в данном эксперименте мы с тобой работали с трёхмерным кубом, зеркало было двумерным, то есть на единицу меньшим пространством. Если бы работали с двумерным квадратом, то все отражения я в таком же порядке произвела бы от двух одномерных прямых, которые, в двумерном мире сыграли бы роль зеркал.

– Угу – ответил Артур.

– Ну раз ты говоришь «угу», то что ты скажешь относительно четырёхмерного пространства?

– Да подумаю… так, так, так -так- так – многозначительно наморщил лоб Артур. Кажется… там был бы особый трильяж с трёхмерными зеркалами, где отразился бы четырёхмерный гиперкуб. Но, убей меня, не могу себе как следует это представить!

– Ничего страшного! – успокоила брата Татьяна, – там гиперплоскости стали бы уже трёхмерными, число отражений стало бы: два умножить на два, умножить … – словом, так четыре произведения двойки, итого 2 4 или шестнадцать. Столько же стало бы вершин вместе с отражением. Ну и так далее. . . .– Татьяна озабоченно посмотрела на часы. – Детское время кончилось. Всё это нам очень пригодиться завтра на встрече. – подытожила Татьяна. – И не ударь лицом в грязь со своими дурацкими, ненужными вопросами!

– Между прочим, я та самая целевая группа , ради которой «производятся все эти танцы». И мои вопросы вовсе не дурацкие – возразил Артур.

….… … … … …… … … … …… … … ……

А тем временем Матвей продолжал:

– Следующие рисунки представляют вписанные друг в друга гиперкубы для случаев размерностей пространства n = 2 то есть плоскости:

Рис. 2.2 Для размерности пространства n = 2, квадраты на плоскости, легко увидеть Пифагорову тройку 3 2+4 2=5 2

– А здесь вершина каждого гиперкуба, выделенного цветом, совпадает с началом координат, в дальнейшем начало координат будет помещаться также в центр гиперкуба. Фигуры в виде композиции гиперкубов начало координат в вершинах и начало координат в центрах гиперкубов преобразуются друг в друга за счет отражения от гиперплоскостей и масштабирования.

Матвей сделал паузу и продемонстрировал на салфетке с пунктирным изображением квадратов, нарисованными трубочкой от коктейля, которую он слегка обмакивал в кофе словно гусиное перо, как легко складывается и раскладывается обратно четыре одинаковых квадрата в разных частях салфетки на рисунке 2.3 выше.

– Обратите внимание, сложить, это все равно, что рассечь фигуру гиперплоскостью , перпендикулярной определенной оси, или просто прямой для двумерного случая, – прокомментировал Матвей, демонстрируя салфетку на просвет, – ну вот, квадраты почти совпали. Так, совмещаем их центры с началом координат, а грани делаем перпендикулярными каждой из n осей. Теперь можно разложить салфетку, что равносильно операции отражения фигуры от выбранной нами гиперплоскости. Далее Матвей снова, продолжил водить карандашом как указкой по следующему рисунку, комментируя:

– Рассмотрим случай целых положительных, т. е. натуральных чисел a, b, c, затем и случай отрицательных чисел. По определению гиперкуб a nв n-мерном пространстве это множество точек пространства, удовлетворяющее условию: каждая компонента больше чем минус, но меньше, чем плюс половина ребра гиперкуба: a ½a j <���½a.

– Стоп, перебила Татьяна, – Артур, тебе все понятно?

– Примерно половина сказанного, как-то неуверенно ответил, Артур.

Профессор Борщов одобрительно посмотрел на Татьяну и примирительно сказал:

– Ребята, Вы только что сами убедились, как легко я сел в лужу по простому вопросу отражения в зеркале. Предлагаю, отбросить математический формализм в сторону и говорить на языке школьника 3—4 класса. Ок?

Ну ладно, попробую ещё нагляднее, ответил Матвей, извлекая из портфеля шахматную доску, деревянные детские кубики и маркеры для письма по доске. – эта доска навощена тонким воском, и поэтому на ней можно легко писать вот этими маркерами, затем стирать бесследно и снова писать, я уже пробовал. – На возьми, Артур, обвели три квадрата на шахматной доске размером три на три, четыре на четыре и пять на пять клеток, да при этом начиная с одного и того же места, вот здесь, например, как будто это листы на дереве, растущие из одной точки (см. Рис. 2.2. выше).

Артур легко справился с задачей, он начертил малый синий, затем средний жёлтый и наконец, большой красный квадраты с общей вершиной, примерно так, как на рисунке.

– Можешь ли ты, Артур сосчитать площадь малого, добавить к нему площадь среднего квадрата и сравнить с площадью большого? Артур водя пальцем по шахматной доске начал сосчитал вслух количество квадратов и кивнул: да, действительно девять плюс шестнадцать будет двадцать пять….

– Но ведь это просто теорема Пифагора, – недоуменно сказал он, -мне папа о ней рассказывал, а ещё я слышал, что в честь открытия этой теоремы Пифагор велел заколоть сто быков.

– И с той поры все скоты дрожат, когда открывается новая теорема! – пошутил Борщов.

Матвей охотно продолжил. Он взял в руки детский деревянный кубик и начал окружать его слоем других кубиков, комментируя свои действия словами:

– Представим себе, что я каменщик, что строю дома в многомерном пространстве, но прямо сейчас я работаю в привычном для нас трёхмерном. Я беру единичный кубик, назовем его гиперкубик , беру также цемент или сильный строительный клей и обмазываю тонким слоем каждую грань гиперкубика. В данном трёхмерном случае у меня получается просто куб с ребром три, легко убедиться, что в нём двадцать семь гиперкубиков, то есть элементарных кубиков.

– Всё это ясно, – сказал Артур, а остальные молча кивнули в знак одобрения.

Матвей, сосредоточившись на рисунке, пояснял:

– Пусть a-Малый гиперкуб образуется путём наслаивания некоторого количества слоёв равной единичной толщины, например один сантиметр или один дециметр, метр – не важно, вокруг гиперкубика , я его буду обозначать его как единичка в степени n или 1 n, при этом b - Средний гиперкуб охватывающий a-Малый , получается путем добавления например l слоёв единичной толщины, c- Большой гиперкуб содержит ещё m аналогичных слоёв. В результате уравнение Теоремы Ферма геометрически можно представить образно говоря, как многомерный торт, состоящий из трёх видов слоистых коржей толщиной вложенных друг в друга.