Когда я пришел на первый семестр НМУ, главной проблемой для меня стало то, что я совершенно не умел мыслить в терминах многомерной геометрии. Анализ был совсем простым, алгебра почти простой (сноровки с абстрактными понятиями групп, колец и подобного у меня не хватало, но пришло все довольно быстро), а вот осознать многомерные задачи из геометрии мне оказалось на тот момент не по силам.
По чисто формальным критериям, я вроде все понимал. Теория-то там вся крайне простая, вот только когда сталкиваешься с конкретной задачей, становится не понятно как ее решать. В голове не хватает образов всех эти многомерных объектов. Что это за многомерные образы такие объяснить пожалуй невозможно — приходят они лишь со временем при решении задач и формируются в сознании сами собой.
В преддверии нового учебного семестра в НМУ, в котором множество студентов придет на первый курс впервые (в том числе судя по всему многие читателей моего бложика), будет правильно поделиться рядом простых задач, которые по началу поставили меня в полный ступор и я даже не знал как к ним подступиться. Все приведенные задачи — уровень первого-второго листка, если что.
Самая элементарная, но в то же время пугающая неподготовленного студента задача, звучит так:
Вот есть у нас в трехмерном пространстве два кольца, которые зацеплены так, что их нельзя разъединить. Можно ли их разъединить, если мы перейдем в четырехмерное пространство?
Если с абстрактным мышлением у вас все в порядке, то решить ее можно меньше чем за минуту. Если пока это мышление у вас не развито, вы не справитесь скорее всего и за час.
Кстати, довольно занятно, но ответить на этот четырехмерный вопрос на порядок проще, чем доказать, что в трехмерном случае зацепленные кольца невозможно разъединить. А желающие чуть сильнее потрахать себе мозг могут попробовать ответить на такой вопрос: «Можно ли в четырехмерном пространстве расположить два кольца так, чтобы их невозможно было расцепить, по аналогии с трехмерным случаем?» (Здесь определения надо додумать самому, и в частности ответить для себя на вопрос: «А не обманул ли Хеллер и не подсунул ли какую фигню, не имеющую смысла?». Если обманул, то это так же надо строго доказать).
Так же в свое время меня поставила в тупик следующая реально элементарная задача:
Нарисовать трехмерную развертку четырехмерного куба.
Я не буду приводить определения и давать намеков как это решается — поищите сами в Интернете. Но решить хотя бы эту задачу перед посещением НМУ будет крайне полезно. Если не получается — поспрашивайте где-нибудь на форумах и у знакомых (ответ я давать не буду). Если задача вызывает у вас затруднения и вы через усилия все же разберетесь с ней и решите самостоятельно — это будет ваш первый шаг в правильном направлении к изучению математики.
Со следующей задачей смогут справиться абсолютно все, если прочитают определения:
Построить в четырехмерном пространстве две скрещивающиеся (то есть не пересекающиеся и не параллельные) двумерные плоскости.
Она вообще не может вызвать трудностей, но ее решение видится мне совершенно необходимым для каждого, так как она из числа базовых. Если вы не можете ее решить, то вам надо очень серьезно браться за голову, пока не поздно.
Ну и чтобы заметка была не совсем уж элементарной, приведу еще задачу из той же области, которая показалась мне интересной, и которая требует несколько более серьезной подготовки. С ходу ее вряд ли получится решить у начинающего, но тем не менее решить рано или поздно все же полезно.
Рассматриваем четырехмерное вещественное пространство. Пусть
—
различных чисел, а
— выпуклая оболочка точек с координатами
. Доказать, что в этом случае точки
— вершины многогранника
, а любой отрезок
при
— ребро.
Задача интересна тем, что показывает серьезную разницу между трехмерным и четырехмерным пространством, где происходит нарушение геометрических аналогий с визуальными образами. Фактически в задаче утверждается, что в четырехмерном пространстве существуют многогранники с любым количеством вершин, где отрезок, соединяющий любые две вершины — ребро. В трехмерном пространстве таких многогранников существует лишь сильно ограниченное количество. В качестве довольно простой задачи, перечислите все трехмерные многогранники, обладающие таким свойством.
Я из комментариев к этой заметке самоустраняюсь, но поступающим впервые на первый семестр НМУ будет полезно делиться мыслями и задавать вопросы, думаю.