Артур Бенджамин - Магия математики - Как найти x и зачем это нужно

Это значит, что у нас получается лишь половина изначальной суммы! Как такое возможно? И как возможно то, что перемена мест слагаемых приводит нас к другому результату? Ответ прост: коммутативный закон сложения вполне может «буксовать», когда дело доходит до бесконечного количества чисел, и это хорошо известно.

«Пробуксовка» возникает при схождении всякий раз, когда положительные величины вместе с отрицательными формируют расходящийся ряд. Другими словами, когда положительные величины дают в сумме ∞, а отрицательные –∞, как в нашем последнем примере. Подобные ряды называются условно сходящимися . Их магия заключается в том, что члены в них можно перемешивать как угодно – и получать тем самым нужный нам результат. Попробуем, например, прийти к 42. Сначала добавляем необходимое количество положительных величин, чтобы сумма чуть-чуть превышала 42, потом вычитаем первый из отрицательных членов. Снова поднимаемся выше 42 и снова вычитаем отрицательный член – на этот раз второй. Повторяем алгоритм и смотрим, как сумма будет все ближе и ближе подходить к 42 (например, вычтя пятый отрицательный член –1/10, мы получим значение, отличающееся от желаемого результата в пределах 0,1, пятидесятый же отрицательный член –1/100 уменьшит этот предел до 0,01 и т. д.).

Конечно, обычно бесконечные ряды, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, так странно себя не ведут. Если заменить каждый член ряда его абсолютным значением (что превратит отрицательные величины в положительные), то при сходящейся новой сумме мы получим абсолютно сходящийся ряд . Покажем это на примере уже известного нам знакочередующегося ряда:

Так вот, он будет именно абсолютно сходящимся, ведь при сложении абсолютных величин мы придем к другому, ничуть не менее знакомому нам сходящемуся ряду

Здесь коммутативный закон сложения «буксовать» не будет даже при бесконечном количестве членов. Следовательно, в изначальном знакочередующемся ряду числа 1, –1/2, 1/4, –1/8… можно «тасовать» как угодно – их сумма всегда будет равна 2/3.

К сожалению, в отличие от бесконечных рядов, любая книга, в том числе и эта, должна когда-то заканчиваться. Лезть дальше бесконечности мы, пожалуй, не осмелимся, а остановимся прямо здесь. Впрочем, у меня для вас припасено еще одно матемагическое блюдо.

Уверен, этот десерт вам понравится. С бесконечностью он никак не связан, зато магия здесь содержится прямо в официальном названии – разве можно просто взять и пройти мимо? Магическим называется такой квадрат, в котором все значения по горизонтали, вертикали и диагонали дают в сумме одно и то же число. Самый известный такой квадрат – размером 3 на 3 – изображен чуть ниже. Все содержащиеся в нем числа суммируются до 15.

Мало кто знает, но этот квадрат обладает одним уникальным свойством, которое я бы назвал «квадратно-палиндромическим». Если представить каждую горизонталь или вертикаль как трехзначное число, а потом сложить их квадраты, получим

То же происходит и с большими диагоналями:

Магические квадраты магического квадрата!

Самый простой квадрат размером 4 на 4 включает в себя числа от 1 до 16, которые суммируются до 34 (см. ниже). Математики и фокусники очень любят квадраты 4 на 4: они дают нам десятки способов прийти к волшебному результату. Например, в нашем квадрате итоговое число 34 дают не только горизонтали, вертикали и диагонали, но и каждый внутренний сектор размером 2 на 2 (например, левый верхний (8, 11, 13, 2), центральный (2, 7, 16, 9) или «разнесенный» по углам (8, 1, 10, 15)) и большие диагонали.

У вас есть любимое двузначное число больше 20? Можно создать для него (обозначим его буквой T ) свой магический квадрат из чисел от 1 до 12 и чисел T – 18, T – 19, T – 20 и T – 21.