Простые числа

С другой стороны, тени могут быть очень обманчивы, или их не так уж легко можно интерпретировать. Например, рассмотрим объект, который при освещении справа отбрасывает тень в форме круга. При освещении снизу его тень будет треугольная, а при освещении сверху — прямоугольная. Существует ли такой трехмерный объект? Если да, то он может иметь очень странную форму!

Возникает вопрос: существует ли связь между различными проекциями объекта, которая позволяет определить его трехмерную форму? Ответ был дан в 1986 г. Кеном Фалконером, преподавателем математики Сент-Эндрюсского университета. Его теорема гласит: нет, в общем случае никакой связи нет.

Что же нам делать, если мы хотим знать, какую форму имеет объект в четырехмерном пространстве? Мы никогда не сможем увидеть его точную форму, потому что даже если бы мы могли изобразить его, у нас нет возможности его воспринимать. Однако существуют аналитические методы определения некоторых геометрических характеристик объекта.

Возвращаясь к примеру, в котором мы были двумерными существами, покажем методы, с помощью которых такие существа могут определить, как выглядит сфера. Идея заключается в том, чтобы рассмотреть сечения сферы при пересечении ее с плоскостью, в которой мы живем и из которой мы эту сферу наблюдаем. Когда сфера просто касается нашей плоскости, мы видим лишь точку. Потом появляются концентрические круги, которые по мере прохождения сферы через плоскость сначала расширяются, а потом сужаются, пока снова не превратятся в точку.

Следует подчеркнуть, что в этом примере мы четко представляем ситуацию, потому что мы в состоянии воспринимать трехмерные объекты, чего нельзя сказать о нашем восприятии объектов в четырехмерном пространстве. Тем не менее, пример иллюстрирует то, что происходит в месте пересечения объекта и нашей плоскости. Этот момент очень важен, поскольку он тесно связан с так называемыми нулями функции.

Например, выражение — (5x/2) + 5 = 0 можно легко превратить в функцию, записав в виде:

γ = — (5x/2) + 5

Если мы построим ее график, то получим прямую линию. Точка пересечения этой линии с горизонтальной осью (х = 2) является решением уравнения у = 0:

Аналогично если у нас есть квадратное уравнение х² + х — 2 = 0 и мы построим график функции f(x) = х² + х — 2, то увидим, что он пересекает ось X (у = 0) в двух точках, которые являются решением уравнения: х = 1 и х = —2.

Если мы обобщим задачу на три измерения, то, например, уравнение х²  + у² — 4 = 0 представляется функцией f(х, у) = х² + у²  — 4, графиком которой является параболоид. Его пересечение с плоскостью XY дает окружность с радиусом 2, как видно на рисунке на следующей странице. Все точки этой окружности являются решением нашего уравнения.

* * *

КУЛЬТУРНОЕ НАСЛЕДИЕ

Если бы мы дали такое определение: «Функция — это количество, состоящее из переменной и произвольных постоянных», мы бы вряд ли сдали экзамен по элементарной математике, так как такое определение показывает, что у нас нет ясного представления о функции. Однако эта фраза почти дословно встречается в одном из сочинений величайшего математика XVIII в. Якоба Бернулли. На самом деле формулировка определения функции — не такая уж простая задача, с чем согласится любой школьник. Этот факт свидетельствует о чрезвычайной ценности математики как культурного наследия.

* * *

Таким образом, когда мы используем описанный выше трюк, чтобы «увидеть» форму четырехмерного объекта, на самом деле мы хотим лишь получить четкое представление о том, как четырехмерный объект пересекается с трехмерным пространством. Это не даст нам точного представления о форме — да мы и знаем, что для нас это невозможно, — но это даст нам решения соответствующего уравнения.

И, как мы увидим в следующей главе, это именно то, что предложил Риман, когда анализировал дзета-функцию, которая в конечном итоге поможет навести порядок во множестве простых чисел.

Глава 6 Две стороны медали

Немецкий математик Бернхард Риман (1826–1866) был образцом математической строгости, а индиец Сриниваса Рамануджан (1887–1920) является примером торжества чистейшей интуиции. Они оба занимались простыми числами, и оба имели успехи и неудачи. В любом случае, их жизнь и научная деятельность ярко иллюстрируют два типа математической гениальности.

Бернхард Риман