Во многих разделах различных наук встречаются мнемонические правила, т.е. правила, способствующие запоминанию. Например, всем известна со школьной скамьи фраза «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан», в которой «зашифровано» распределение цветов в солнечном спектре (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый).
Такие правила есть и в математике
В химии, как и в других науках, математика используется все шире и шире. Попробую проиллюстрировать это на примере составления уравнений окислительно-восстановительных реакций.
В детстве для сложения чисел мы все пользовались вычислительной машиной, устроенной самой природой – десятью пальцами. Оказывается, этим же «прибором» можно пользоваться и при умножении чисел.
(скачать файл)
(скачать файл)
е: Можно использовать то, что в нем дважды повторяется год рождения Л.Н. Толстого (1828 г.):
е = 2,718281828… (тут и «связь» математики с литературой!)
Пи: Можно использовать стихотворение, приведенное в книге Я.И. Перельмана: «Это я знаю и помню прекрасно, пи многие знаки мне лишни, напрасны». Здесь количество букв в каждом слове обозначает очередную цифру в десятичной записи числа Пи (3,1415926...).
Обычно рекомендую запомнить, что sinx – функция «хорошая», а cosx – «плохая». Это означает, например, что для синуса в соответствующих формулах знак сохраняется, а для косинуса – меняется. Кроме того, для sinx произведения «смешанные», а для cosx – «одноименные»м
Аналогичное свойство применяется и для аркфункций: arcsinx и arctgx – «хорошие» функции, а arccosx и arcctgx – «плохие», т.е. выполняются равенства:
На помощь приходит правило «больше большего, меньше меньшего». Это означает, что при одноименных знаках неравенств оставляется одно, для которого в случае знака > правая часть выбирается самая большая, а при знаке < правая часть выбирается самая маленькая. Например:
Здесь можно использовать правило:
«Боковые ребра – R, боковые грани – r».
Таким образом, если в задаче идет речь о равенстве боковых ребер или об их равном наклоне к плоскости основания или высоте, то приходится иметь дело с описанной около основания окружностью (радиус описанной окружности принято обозначать через R), а если речь идет о равенстве высот боковых граней или об их равном наклоне, то задача решается с помощью вписанной в основание окружности (радиус вписанной окружности принято обозначать через r).
Для правильных усеченных пирамид при решении полезно строить сечение, проходящее через ось пирамиды и содержащее радиус описанной около основания окружности (R), если в условии идет речь о боковых ребрах усеченной пирамиды, и содержащее радиус вписанной в основание окружности (r), если речь идет о боковых гранях или их высотах.
Для вычисления производной сложной функции, т.е. сначала берется производная внешней функции («верхний лист капусты»), все остальное переписывается без изменения, затем умножается на производную следующей функции и т.д., пока не доберемся до последней, внутренней функции. [f(g(x))]’= f ’(g(x)) g’ (x)
Менее известно правило «зонтика», по которому с помощью второй производной определяется выпуклость и вогнутость функции. Если вторая производная меньше 0, имеет знак «–», то в «зонтике», который схематично изображает график функции, нет воды, т.е. функция выпуклая. Если вторая производная больше 0, имеет знак «+», то в «зонтике» есть вода, т.е. функция вогнутая.
Покажу, как «на пальцах» перемножить любые два числа от 6 до 10 включительно. Для этого пронумеруем пальцы рук: мизинец – 6, безымянный – 7, средний – 8, указательный – 9, большой – 10. Допустим, надо найти произведение 7 * 8. Для этого на левой руке загнем пальцы 6, 7, на правой руке – 6, 7, 8, затем количество загнутых пальцев обеих рук умножим на 10 и прибавим произведение количества распрямленных пальцев правой руки на количество распрямленных пальцев левой: 5 *10 + 2 * 3 = 56.
Поупражнявшись немного или научив этому нехитрому искусству младшего брата, еще плохо знающего таблицу умножения, вы заодно можете проверить, что этот способ всегда дает правильный результат. Почему?
Искомое число – это произведение a x b, где 6 ⩽ a ⩽ 10, 6 ⩽ b ⩽ 10. Ясно, что на левой руке загнуто a – 5 пальцев, а на правой b – 5. Таким образом, количество загнутых пальцев равно a + b – 10. На левой руке разогнуто 10 – a, на правой 10 – b пальцев. Их произведение равно (10 – a) * (10 – b).
Согласно высказанному, надо найти сумму: (a + b - 10) * 10 - (10 - a) * (10 - b).
Раскрыв скобки, мы убедимся, что сумма действительно равна a x b, то есть
a * b = (a + b - 10) * 10 - (10 - a) * (10 - b).
Таким образом, используемый нами метод умножения на пальцах обоснован.
* * *
Поглядев внимательно на тождество, легко понять, что вместо числа 10 можно поставить любое число m, то есть
a * b = (a + b - m) * m - (m - a) * (m - b).
Проверьте это! С помощью этого тождества можно быстро найти произведение двух таких чисел, у которых одно и то же число десятков, сотен и т. д.
Рассмотрим примеры.
1. Вычислим произведение 16 * 17. Возьмем m = 20. Тогда
16 * 17 = (33 - 20) * 20 + 4 * 3 = 272.
2. Найдем произведение 42 44. В качестве m можно взять 50 или 40:
42 * 44 = (86 - 50) * 50 + 8 * 6 = 1848,
42 * 44 = (86 - 40) * 40 + 2 * 4 = 1848.
3. Чтобы найти произведение 121 * 103, возьмем m = 100. Тогда
121 * 103 = (224 - 100) * 100 + 21 * 3 = 12463.
* * *
Возможно, вы знаете правило возведения в квадрат двузначных чисел, оканчивающихся на 5. Для того чтобы найти (10х + 5)², достаточно цифру х умножить на число, следующее за ним, и к полученному произведению дописать 25. Например,
35² = 3 * 4 * 100 + 25 = 1225
Это правило является следствием равенства
(10 * х + 5)² = (х + 1) * х * 100 + 25,
которое, в свою очередь, частный случай предыдущего тождества.