Кьяртан Поскитт - Математика для взрослых

Предположим, вам нужно установить новую телевизионную розетку, а для этого понадобится купить кусок кабеля. Вы идете в магазин, вооружившись планом своей гостиной.

Кабель требуется протянуть от старой розетки до новой. Вы знаете длину всех стен, кроме тех, что помечены буквами a и b. Какой длины нужен провод?

Самый простой подход — не связываться с лишними расчетами и проложить провод рядом с дверью. В этом случае его длина составит 2,7 + 2,2 + 5,3 = 10,2 м плюс еще немного понадобится, чтобы обвести кабель вокруг двери. Однако более разумный способ — вычислить a и b. Из плана комнаты следует, что длина большой стены равна 5,3 м, а той, что поменьше, — 2,7 м. Значит, длина стены а равна 5,3 − 2,7 = 2,6 м. Аналогично b = 2,2 + 2,3 = 4,5 м. Если не связываться с дверью и тянуть кабель в другую сторону, его длина должна составить 2,3 + a + b. Подставив значения a и b, получим 2,3 + 2,6 + 4,5 = 9,4 м.

Искривление пространства

Прямая линия представляет собой кратчайшее расстояние между двумя точками… если только мы не имеем дело с искривленным пространством! Обычно мы считаем, что прямая линия проведена на двумерной поверхности, например на листе бумаги. Можно взять карту мира и провести прямую линию, обозначив кратчайшее расстояние между Северным и Южным полюсом, но действительно ли оно будет кратчайшим?

Реальный мир, в котором мы живем, представляет собой трехмерное пространство. В нем наша прямая линия становится кривой, а действительно кратчайший путь от полюса к полюсу проходит через центр Земли. (Его длину мы рассчитаем чуть позже.) Вот бы выйти в четырехмерное пространство — возможно, там найдется еще более короткий путь! О похожих вещах думал Эйнштейн, когда разрабатывал теорию относительности.

Площадь

Что ж, с длиной мы разобрались, теперь выясним, сколько понадобится краски на покраску стены b, длина которой, как мы уже знаем, равна 4,5 м.

Итак, вы покупаете в строительном магазине 750-миллилитровую банку замечательной краски цвета подгоревшей яичницы. На этикетке указано, что одного литра хватает на 12 м2 поверхности.

Первое, на что стоит обратить внимание, это обозначение м², то есть квадратные метры — единица измерения площади. Вы можете красить поверхность любой формы, но, как бы то ни было, 1 литра краски хватит на площадь 12 квадратов 1 м × 1 м. Так сколько же вы покрасите содержимым одной банки? 750 миллилитров — это 0,75 литра, следовательно, одной банки достаточно для покраски 12 × 0,75 = 9 м2.

Вычисляем площадь стены

Я думаю, вы уже поняли, что знать длину стены недостаточно, поскольку расход краски также зависит от ее высоты. Существует множество формул для вычисления площадей разных фигур, и все они тем или иным образом связаны с перемножением двух длин. Сейчас мы имеем дело с самой распространенной фигурой — прямоугольником, и формула в этом случае исключительно проста:

площадь прямоугольника = ширина × высота

Предположим, что высота стены комнаты 2,5 м, а длина 4,5 м. Чтобы узнать площадь, нужно перемножить высоту и длину: 2,5 м × 4,5 м = 11,25 м2.

Как видите, при умножении метров на метры получаются квадратные метры.

Итак, теперь мы знаем, что площадь стены равна 11,25 м2, а банки хватает на 9 м2. Без всяких подсчетов становится очевидно, что одной банкой мы не обойдемся. Однако если мы купим две банки, останется много лишней краски, да и красить только одну стену как-то неправильно. Так что давайте поднатужимся и выясним, сколько краски понадобится для покраски всех стен в комнате. Есть два способа это сделать. Первый — вычислить площадь каждой стены и затем сложить результаты. Поскольку высота всех стен 2,5 м, получается вот что: (4,5 × 2,5) + (5,3 × 2,5) + (2,2 × 2,5) + (2,7 × 2,5) + (2,3 × 2,5) + (2,6 × 2,5)… Тьфу!

Гораздо проще вообразить, что все стены расположены в ряд.

Сложив длины всех стен, мы узнаем, что их общая длина равна 19,6 м, а умножив это число на 2,5, вычислим общую площадь стен: 19,6 × 2,5 = 49 м2.

Банки краски хватает на 9 м2, стало быть, нам нужно: 49 ÷ 9 = 5,44, то есть шести банок будет вполне достаточно.

Если хотите рассчитать площадь для покраски более точно, можно измерить дверной проем и окна и вычесть их. Размер двери обычно равен 0,75 м × 2 м = 1,5 м2. Теперь подумайте об окнах: они такие же, как дверь? В половину двери? Или еще меньше? Впрочем, если вам неохота возиться с окнами, просто закрасьте их — сэкономите на занавесках.

Кирпичи и блоки

Если вы решили возвести стену из стандартного строительного кирпича, вам понадобится около 60 кирпичей на 1 м2. Если же использовать строительные блоки, то 10 блоков на 1 м2.

Так что если заблудший дорожный каток мимоходом развалит стену вашего дома, размер которой 5,3 м × 2,5 м, то на восстановление ее внешней части понадобится 5,3 × 2,5 × 60 = около 800 кирпичей, а внутренней — 5,3 × 2,5 × 10 = примерно 135 блоков. Если бы мой приятель Блейки знал об этом, ему бы не пришлось краснеть, когда каменщику, которого он нанял на день, уже к 11 утра не хватило материалов.

Покраска потолка

Краска цвета подгоревшей яичницы настолько вам приглянулась, что вы решили покрасить ею и потолок тоже. Так что нам опять нужно вычислять площадь. Увы, это не идеальный прямоугольник, но мы можем разделить потолок на два прямоугольника, по отдельности подсчитать их площадь и сложить результаты. Сделать это можно двумя способами.

Теперь мы знаем, что площадь потолка равна 17,64 м2. Поскольку банки краски хватает на 9 м2, для потолка двух банок будет достаточно.

Формулы площадей для других фигур

Мы уже использовали формулу площади прямоугольника. Квадрат — это тоже прямоугольник, только с одинаковыми сторонами, поэтому, чтобы вычислить его площадь, нужно умножить длину стороны саму на себя.

Прямоугольный треугольник — это прямоугольник, разрезанный пополам по диагонали. Поэтому все просто, его площадь = 1/2 × (две короткие стороны треугольника [катеты], помноженные друг на друга).

В сущности, площадь любого треугольника равна половине площади наименьшего прямоугольника, в который его можно вписать. На рисунке видно, что две серые области равны двум половинам треугольника. Формула записывается так: площадь = 1/2 × основание × перпендикулярная высота.

Несмотря на то что этим формулам для треугольников уделяется много внимания на уроках геометрии, вам вряд ли доведется применять их в жизни. А вот еще две более бесполезные формулы (разве что стены и потолки в вашем доме уж очень экзотической формы).

Маленькими стрелочками отмечены параллельные линии. Для использования этих формул обязательно нужно знать перпендикулярную основанию высоту h.

И наконец, вот как вычислить размер некоей области на карте. Если сторона каждой клетки соответствует 0,1 км, то площадь клетки равна (0,1)2 = 0,01 км2. Допустим, озеро занимает около 35 клеток, тогда его площадь составит примерно 0,35 км2.

Объем кубоида

Длина требует одного измерения, площадь — двух перемноженных измерений, а объем — трех. Проще всего вычислять объемы кубоидов10, то есть ящиков с прямоугольными стенками. Достаточно перемножить длину, ширину и высоту — и объем получен!

Если вы решите превратить одну из своих спален в огромный аквариум для своего домашнего питомца осьминога, вам будет интересно знать вес того количества воды, которым ее можно заполнить доверху. Сначала нужно рассчитать объем комнаты: при размерах 4 м × 3 м × 2,5 м он будет равен 4 × 3 × 2,5 = 30 м3. Как видите, объем измеряется в м³, или кубических метрах. Объем 30 м3 соответствует количеству воды, которое поместится в 30 кубах с размером стороны 1 м. Как мы знаем из подраздела «Метры, литры и граммы», один кубический метр воды весит 1 тонну, значит, ваша наполненная водой спальня будет весить 30 тонн. Что ж, удачи!

В повседневной жизни, кроме объема кубоида, вам, возможно, еще пригодится умение вычислять объем цилиндра, но для этого сперва следует познакомиться с числом π.

Окружность и π

Граница круга называется окружностью, отрезок между противоположными точками окружности, проходящий через центр круга, — диаметром, а расстояние от центра до окружности — радиусом, и все эти величины связаны между собой посредством числа π. Эта греческая буква называется «пи» и обозначает особое число, которое получится в результате деления длины любой окружности на ее диаметр.