Сказки дедушки Амира по геометрии

Амир Анварович Фаткуллин, 2022

Всё вокруг – геометрия. Никогда мы не видели так ясно таких форм как круг, прямоугольник, угол, цилиндр, шар, выполненных так отчётливо, с такой тщательностью и так уверенно. Среди бесконечного разнообразия форм живой и неживой природы в изобилии встречаются совершенные образцы, чей вид неизменно привлекает наше внимание и ласкает наш взгляд. К числу таких образцов относятся пчелиные соты, некоторые кристаллы и микробы, многие животные и растения. В этих сказках вы познакомитесь со сказочными героями: точками, отрезками, плитками, побываете в царствах Геометрии, встретитесь со странником и визирем, научитесь новым методам деления треугольника, вычисления площадей, объемов. Книга полезна школьникам, учителям и всем, кто интересуется геометрией, в качестве учебного пособия. В книге много мудрых мыслей, рисунков и нравственных тем.

Прыжок в четвертое измерение

Точки, Отрезки, Плитки подружились с Кубиком и Пирамидкой и решили пойти уже в четырехмерное пространство. У Кубика получился прыжок в четырехмерное пространство, то есть он как бы переместился по координате четырехмерного пространства.

А что за координата? Давайте представим, что Кубик переместился во времени, то есть вчера он был там, а сегодня оказался здесь. Причем эти моменты совпали, то есть мы видим Кубик вчерашний и сегодняшний одновременно. Аналогично и Пирамидка прыгнула в четырехмерное пространство.

У Станислава Лема, польского фантаста в путешествиях Йона Тихого описано одновременное появление вчерашнего и сегодняшнего космонавта в космическом корабле при пересечении спиралей времени.

Корабль попал в центр вихря около полуночи, вибрируя и постанывая всеми сочленениями. Я испугался, что он развалится, но он вышел из испытания с честью, а когда снова попал в объятия мертвой космической тишины, я покинул реакторный отсек и увидел самого себя сладко спящим на кровати. Я сразу понял, что это я из предыдущих суток, то есть из ночи понедельника.

Учения о многомерных пространствах начали появляться в середине XIX века. Идею четырехмерного пространства у ученых позаимствовали фантасты. В своих произведениях они поведали миру об удивительных чудесах четвертого измерения.

Герои их произведений, используя свойства четырехмерного пространства, могли съесть содержимое яйца, не повредив скорлупы, выпить напиток, не вскрывая пробку бутылки. Похитители извлекали сокровища из сейфа через четвертое измерение. Хирурги выполняли операции над внутренними органами, не разрезая ткани тела пациента.

На этом рисунке показан четырехмерный куб — тессеракт

3-куб состоит из: 8 вершин (точек), 12 ребер (отрезков), 6 плиток (квадратов), 1 — куба (кубика).

4-куб-Тессеракт состоит из: 16 вершин, 32 отрезков, 24 квадратов, 8 кубов.

Отрезок прямой имеет две граничные точки, квадрат — четыре вершины, куб — восемь вершин. В четырёхмерном гиперкубе, таким образом, окажется 16 вершин: 8 вершин исходного куба и 8 сдвинутого в четвёртом измерении. Он имеет 32 ребра — по 12 дают начальное и конечное положения исходного куба, и ещё 8 рёбер «нарисуют» восемь его вершин, переместившихся в четвёртое измерение. Те же рассуждения можно проделать и для граней гиперкуба. В двумерном пространстве она одна (сам квадрат), у куба их 6 (по две грани от переместившегося квадрата и ещё четыре опишут его стороны). Четырёхмерный гиперкуб имеет 24 квадратные грани — 12 квадратов исходного куба в двух положениях и 12 квадратов от двенадцати его рёбер.

Точки, Отрезки, Плитки, Кубики подружились с Тессерактом.

Как сторонами квадрата являются 4 одномерных Отрезка, а сторонами (гранями) куба являются 6 двухмерных квадратов, так и для «четырёхмерного куба» (тессеракта) сторонами являются 8 трёхмерных кубов. Пространства противоположных пар кубов тессеракта (то есть трёхмерные пространства, которым эти кубы принадлежат) параллельны.

Для того, чтобы представить немного этот четырехмерный куб, на нижнем рисунке даны его стереометрические проекции. Чтобы возникло его изображение надо приближать и отдалять этот рисунок к глазам.

Как видно из этого стереометрического изображения и в четырехмерном пространстве есть Точки, Отрезки, многоугольники и многогранники. Еще нагляднее Тессеракт смотреть в голографическом изображении, когда Тессеракт вращается.