Математические байки

Недавно рассказывал нашу совместную работу с Мишей Христофоровым (работа классная; вообще, мне как-то повезло за последнюю пару лет сделать несколько работ, от которых прямо сердце радуется). Один из первых слайдов — содержание:

И оттуда же (мне всегда очень интересно "подниматься" по библиографическим ссылкам)

И — давайте я процитирую ещё книгу 1954 года: Акива Моисеевич Яглом, Исаак Моисеевич Яглом, "Неэлементарные задачи в элементарном изложении" (спасибо К. Кнопу за ссылку!) —

Но мне хочется добавить ещё и статью (тоже в "Кванте") И. Яглома, аж 1971 года (второй год издания Кванта!), "Две игры со спичками". И вот очень хорошая цитата оттуда:

Ну и в-третьих, интересно, что ещё проигрышные позиции можно описывать, исходя из "фибоначчевой" системы счисления. Это можно посмотреть в уже упоминавшихся книге "Числа Фибоначчи" Н.Н.Воробьёва и в статье в "Кванте" — Матулис А., Савукинас А., Ферзя — в угол, ``цзяньшицзы'' и числа Фибоначчи (фото — оттуда):

Во-вторых, у игры "ферзя в угол"/ "цзяньшицзы" есть и англоязычное название, "Ним Витхоффа/Wythoff's Nim/Wythoff's Game"; вот здесь есть отрывок из соответствущей главы из книги Мартина Гарднера, "Penrose Tiles to Trapdoor Ciphers: And the Return of Dr Matrix". (А вот — AMS Feature Column об этой же игре, D. Austin, "Puppies, Kittens, and the Golden Ratio")

Ещё пара комментариев в заключение. Во-первых, у И.В.Арнольда тоже появляется подстановочность — правда, он на неё смотрит чуть-чуть по-другому, выписывая слово последовательно (оно при этом оказывается разбито на группы длиной в числа Фибоначчи):

И действительно, вот отрывок и иллюстрация из статьи А.Баабабова:

Наконец, наличие двух "равномерных" последовательностей, на которые разбивается натуральный ряд, немедленно напоминает картинку из статьи Концевича в Кванте — на прямой отмечены точки пересечения с координатной сеткой, раскрашенные в зависимости от того, с горизонтальными или с вертикальными линиями происходит пересечение.

Так вот — логика рассуждения тут очень простая. Давайте для каждого N посмотрим, сколько в сумме членов обеих последовательностей окажется среди чисел от 1 до N-1. Если их всегда ровно N-1, значит, при переходе от N-1 к N добавляется ровно один — то есть каждое N представлено ровно одним способом. И это в точности то, что и хочется доказать. Ну и — раз α иррационально, то неравенство с целой частью [nα]<=N-1 равносильно неравенству nα

А вот тут — в статье А.Баабабова ""Пентиум" хорошо, а ум — лучше" в "Кванте" за 1994 год:

Появляется, кстати, как раз в связи с этой игрой — вот фото несколькими страницами раньше:

Это утверждение известно как теорема Рэлея или теорема Битти, а последовательности вида [na] — как последовательности Битти. Вот тут (на скриншоте) она появляется в книге Н. Н. Воробьёва "Числа Фибоначчи".

И это — частный случай более общего, совершенно замечательного, утверждения: Если α и β — два иррациональных числа, таких, что 1/α + 1/β=1, то натуральный ряд разбивается на две непересекающиеся последовательности, [nα] и [nβ]. То, что это частный случай, проверить несложно — ведь 1/φ + 1/φ^2 =1. Осталось обсудить само это утверждение.

С одной стороны — действительно, φ^2=φ+1, так что таких позиций получается по одной на каждой диагонали: [n φ^2]=[n φ] + n. С другой — возникает вопрос: а почему при этом в каждом столбце будет по одной проигрышной позиции — то есть почему каждое натуральное число представляется либо как [n φ], либо как [n φ^2], причём только одним способом? (Скриншот — опять же, кусочек из статьи И. В. Арнольда)

/2

А вот — удивительный! — ответ: координаты проигрышных позиций имеют вид ([n φ], [n φ^2]), где [.] — целая часть, а φ=(√5 +1)/2 — золотое сечение (в статье оно обозначено через τ)

Вот тут он формулирует задачу и переходит к проигрышным позициям ("основным парам").