Математические байки

mccme.ru/free-books/dubna/vva-volumes.pdf biblio.mccme.ru/node/74704 напомним книгу В.А.Васильева «Ветвящиеся объёмы и группы отражений» (по его рассказам на ЛШСМ) «Рассматривается восходящая к Архимеду и Ньютону задача о зависимости объема, отсекаемого плоскостью от ограниченного тела, от этой плоскости. В частности, мы докажем гипотезу В.И.Арнольда о том, что для тела с гладкой границей в четномерном пространстве этот объем не может алгебраически зависеть от коэффициентов уравнения плоскости, и приведем геометрические препятствия к такой алгебраичности в нечетномерном случае. В книге рассказано об истории вопроса и о методах, позволяющих решать такие и подобные задачи (включая задачи о разрешимости уравнений в радикалах): теории монодромии, аналитическом продолжении, группах преобразований, порожденных отражениями, и топологии комплексных многообразий.»

https://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=a805da29-0049-4bf1-a388-5da6de8fb2df поздравляем Виктора Анатольевича Васильева с юбилеем!

Леня @qtasep Петров со товарищи (D.Anderson, G.Panova) «present computational results related to principal specializations of the Schubert polynomials (…). We find the first counterexample, at n=17, to the conjecture of Merzon-Smirnov that the maximal value of S_w(1^n) is obtained at a layered permutation.» https://lpetrov.cc/2026/03/schubert-computation-sampling/ вполне себе компьютерная математика — при этом не то что бы просто достаточно перебрать в лоб: This conjecture was exhaustively verified by one of us (DA) for n≤13 in February 2025. (…) In May 2025, Adam Wagner (along with DA and Alejandro Morales) deployed Google DeepMind’s FunSearch to seek counterexamples to Conjecture. For n≤16 the heuristics found by the model did not uncover any counterexamples, providing weak evidence in favor of the conjecture in this range. (For larger n, time constraints limited the power of this method.)

Вот раньше в канале было видео, показывающее, что проекция тетраэдра Серпинского вдоль линии, соединяющей середины противоположных рёбер — квадрат. А сейчас коллега мне показал, какая картинка получается, если вдоль этой линии смотреть на тетраэдр, освещённый солнцем сбоку (конечно, тогда проекция получается центральной вместо параллельной, но если глаз/камера телефона достаточно далеко, то щели получаются не очень большими). По-моему, очень симпатично:

Петя и Вася хотят показать следующий фокус. У зрителей есть пять карточек с числами 1, 2, 3, 4, 5. Две из них они отдают Пете, две — Васе, а одну оставляют себе. Сначала Петя называет число на одной из своих карточек, затем Вася называет число на одной из своих, после чего Петя должен назвать число на карточке у зрителей. Как договориться Пете и Васе, чтобы фокус всегда удавался? (Александр Грибалко)

Вот такую задачу с сегодняшнего Матпраздника (непростую!) можно попробовать решить. На оф. сайте можно посмотреть и остальные задачи (и, естественно, указаны авторы задач): mccme.ru/matprazdnik/ Там же публикуются решения, видеоразборы.

dev.mccme.ru/~merzon/pscache/markelov-problems.html еще одна подборка задач Сергея Маркелова

olimpiada.ru/article/1161 к 50-летию со дня рождения Сергея Маркелова (1976–2024) напомним такую небольшую подборку его задач (с комментариями) с Математического праздника, Московской математической олимпиады, Турнира городов…

как оценить p(n), количество разбиений числа n в сумму слагаемых (без учета порядка)? буквально для p(n) явную формулу придумать не получается, но всё сильно упрощается, если наложить дополнительное ограничение «максимальное слагаемое не больше k» легко сообразить, например, что p₁(n)=1, p₂(n)≈n/2, а чуть напрягшись можно получить и p₃(n)≈n²/12+… вообще pₖ(n) — это количество целых точек в (k-1)-мерном симплексе x₁+2x₂+…+kxₖ=n — а значит, при больших n это примерно объем этого симплекса, т.е. типа n^{k-1}/{(k-1)!k!} (можно думать, что один факториал берется из формулы объема многомерного симплекса и еще один из произведения сторон, т.е. коэффициентов в уравнении) левая картинка иллюстрирует, что если n растет, а k фиксировано, то довольно быстро pₖ(n) перестает быть адекватным приближением для p(n) — которое растет, как мы уже видели, быстрее любого полинома (см. тж. https://t.me/compmathweekly/40 и комментарии там) всё же можно прикинуть, что раз сторона квадрата площади n равна √n, запрещать слагаемым быть сильно больше √n не должно особо сильно влиять на ответ — и с этим неплохо согласуется правый график если воспользоваться оценкой типа Стирлинга √n! ~~ (√n/e)^√n, то в прикидках выше вещи типа n^n сокращаются и остается эвристика p(n)~~exp(2с√n) и это совсем недалеко от правильной асимптотики p(n)~exp(2с√n)/{4√3n}, где c²=1+1/2²+1/3²+…=π²/6

mccme.ru/dubna/2026/prepods0.htm начинается прием заявок на проведение занятий на XXV Летней школе «Современная математика» имени Виталия Арнольда в этом году, в связи с ремонтом в Ратмино, ЛШСМ проходит под Петербургом сроки школы обычные: 19–30 июля прием заявок от желающих участвовать в работе школы студентов и школьников начнется в марте, а пока можно посмотреть материалы прошедших школ — mccme.ru/dubna/courses/

https://youtu.be/FsJvpDnx4Vs свежее интервью с Денисом Гайцгори

на мат. кружках для начинающих нередко режут какие-нибудь фигуры на уголки из трех клеток и ясно, что площадь прямоугольника, который можно разрезать, должна делиться на 3… но 3×(2n+1) разрезать нельзя, 3×(2n) разрезать легко — возникает гипотеза, что даже на 6 должно количество клеток делиться и все же прямоугольник 5×9 на уголки разрезать можно давно хотел научиться пользоваться SAT-солверами для задач на разрезание и тому подобных дискретных задач, а это пусть будет модельный пример для базового введения посмотрите лучше вот например https://youtu.be/4K1MyG4ljI8 (спасибо — и не только за это видео! — Саше Куликову), но всё же кратко поясню SAT-солвер умеет только одно: подбирать значения булевых перменных, чтобы выполнялся набор условий, где каждое условие — выбор из вариантов «такая-то переменная равна такой-то константе»¹ в pycosat условия записываются в духе [1 -3 -4] («x1 or (not x3) or (not x4)») в нашей задаче мы заведем по одной переменной для каждого потенциального положения уголка внутри прямоугольника:

placements = []
covers = {}
for shape in TILES:
    for i, j in allcells():
        cells = [(i+dx, j+dy) for dx, dy in shape]
        if all(inside(*cell) for cell in cells):
            pid = len(placements) + 1
            placements.append(cells)
            for cell in cells:
                covers.setdefault(cell, []).append(pid)

все такие положения теперь лежат в массиве placements, а в словаре covers для каждой клетки указано, какие есть потенциальные способы ее покрыть теперь пишем условия: 1) что каждая клетка покрыта; 2) что она не покрыта дважды (т.е. что из каждой пары способов покрытия хоть один не выбран):

clauses = []
for cell in allcells():
    ps = covers.get(cell, [])
    clauses.append(ps)
    for a, b in combinations(ps, 2):
        clauses.append([-a, -b])

и… всё! — можно говорить solve(clauses) и наслаждаться ответом тут задача игрушечная, но все ж поражает, что не нужно думать ни про какую геометрию, а такой… общелогический подход про сведение чего угодно к булевой формуле отлично работает на практике… и даже код совсем недлинный получается (целиком наверное положу в комментарии) ¹ прошу прощения у логиков и сочувствующих за терминологию, но от формулировки «нормальная форма, в которой булева формула имеет вид конъюнкции дизъюнкций литералов» я теряю нить

5 января (по старому стилю) 1901 года родился выдающийся человек – Иван Георгиевич Петровский. Математик, уникальный ректор Московского Университета, по некоторым воспоминаниям «совершивший не менее десяти тысяч добрых дел». Пользуясь случаем, напомним некоторые материалы о нём. Начать, наверное, стоит со статьи Владимира Михайловича Тихомирова (с добавлениями А.А. Кириллова и Э.Э. Шноля) в сборнике «Математическое просвещение» https://www.mccme.ru/free-books/matpros7.html А вот две видеозаписи воспоминаний Владимира Андреевича Успенского https://youtu.be/csR_APaxZuU https://youtu.be/i3aA7uSo3Xw (В печатном виде некоторые воспоминания В.А. Успенского вошли в статью «Ректоры МГУ» в пятую книгу «Трудов по нематематике» https://mccme.ru/free-books/uspenskii/vau_book5.pdf ) Воспоминания (аудиозапись и текст) ученицы И.Г. Петровского, впоследствии заведовавшей его кафедрой, Ольги Арсеньевны Олейник http://oralhistory.ru/talks/orh-580 (Обратите внимание и на сам сайт «Устная история»!) Видеозапись воспоминаний В.А. Успенского и Ю.С. Ильяшенко https://youtu.be/Zda7IbfHVU0 Документальный фильм 1983 года «Академик И.Г. Петровский» https://youtu.be/opF5HcgC9GI Запись выступления Ивана Георгиевича на закрытии Международного математического конгресса 1966 года в Москве https://youtu.be/PEBFT1bJeew Некоторые статьи об Иване Георгиевиче можно найти на сайте mathedu.ru https://www.mathedu.ru/indexes/authors/petrovskiy_i_g/. В 2001 году МГУ выпустило книгу https://msupress.com/catalogue/books/book/akademik-i-g-petrovskiy-rektor-mgu/

https://mccme.ru/free-books/ Дед Мороз напоминает про страницу, на которой бесплатно доступны файлы множества книг (в основном издательства МЦНМО) брошюры библиотеки «Математическое просвещение» и Летней школы «Современная математика», доклады семинара «Глобус» и материалы выездного семинара учителей, книги Арнольда и Гельфанда, Прасолова и Шеня и многое другое. новогодние каникулы — как раз хорошая возможность спокойно почитать

Ну а вот — результат наложения, маленькая чёрно-белая ёлочка. Ещё раз — с Новым Годом!

Image credit: (1) Wikimedia, photo by Rüdiger Marmulla, (2) Wikimedia, photo by Artem Lepesin

Image credit: В. Протасов, В. Тихомиров, «Куда кривая выведет», Квант, 2025, no. 10.

На обложке свежего номера «Кванта» (https://www.kvant.digital/view/kvant_2025_10/p0/ ) — фотографи арки в форме перевёрнутой цепной линии в доме Каса Мила, построенном Гауди в Барселоне. Протасов и Тихомиров в соответствующей статье используют не ту аргументацию для этой формы, которая мне привычна — так что я приведу тут другую. Камни и кирпичи, а главное, скреплящий их раствор гораздо лучше держат напряжение «на сжатие», чем «на излом». Поэтому, если мы хотим построить просто арку — то надёжнее всего она будет, если в любом её месте сила её напряжения будет направлена вдоль арки (и не будет иметь никакой перпендикулярной компоненты). Давайте перевернём арку — отразив её относительно горизонтальной прямой вместе со всеми силами, которые действуют на каждый кирпичик. И потом у каждой силы изменим знак (красные стрелки на рисунке ниже). Если арка раньше была в равновесии (сумма сил, действующих на каждый кирпичик, равнялась нулю) — она останется в равновесии и сейчас, только теперь все силы напряжения действуют на растяжение вместо сжатия. И это буквально задача о том, как висит цепь — с ответом «цепная линия» (про который я когда-то тут писал, а у Мат. Этюдов о ней есть рассказ — https://etudes.ru/etudes/catenary/ ). Но Гауди строил и собор Sagrada Familia (Святое Семейство). И изнутри здание поддерживают безумно красивые ветвящиеся колонны. А как можно рассчитать нагрузки — чтобы, опять же, каждой части каждой колонны приходилось бы держать продольную нагрузку без «ломающей» поперечной компоненты? У Гауди была модель, своеобразный «аналоговый компьютер», построенная по той же самой логике. Это «перевёрнутая» модель собора — с грузиками, моделирующими сам поддерживаемый собор, и верёвочками, моделирующими колонны (и передачу напряжения вдоль них). Я её когда-то видел в музее при соборе вживую (и мне помнится, что тогда под ней было зеркало, переворачивающее её обратно) — а ниже фотография этой модели из Википедии.

многим рассказывал¹, как нарисовать «ленивый додекаэдр»: взять куб и поделить каждую грань пополам регулярным образом — как раз получится 6×2=12 граней, 8+12=20 вершин (вершины куба и середины его ребер)… вся комбинаторика получается правильная если хочется еще и правильной геометрии — нужно просто немного всё продеформировать, это и показано в видео ¹ и даже писал в «Квантике» — см. №9 за 2025 год *** как такое нарисовать и не перетрудиться? начнем с вершин куба — это просто все точки с координатами ±1

from itertools import product
vertices = list(product([-1,1], repeat=3))

чтобы получить додекаэдр, надо добавить еще 12 вершин… не хочется их все писать руками, но тут есть большая группа симметрий G: можно переставлять координаты по циклу и расставлять знаки — и так все новые вершины можно получить из одной, (φ,0,1/φ)… и что еще приятнее, все грани можно получить из одной

v0 = (phi,0,psi)
vertices += [g(v0) for g in G()]
f0 = [(phi,0,-psi),(1,1,-1),(psi,phi,0),(1,1,1),(phi,0,psi)]
faces = [tuple(vertices.index(g(v)) for v in f0) for g in G()]
poly = Polyhedron(vertices, faces)

(результат действия элемента g на набор точек f0 — это просто tuple(g(v) for v in f0) — но в faces надо положить не координаты этих точек, а номера соответствующих вершин) если в качестве phi и psi взять не (±1+√5)/2, а 1, то додекаэдр превратится в куб с дополнительными вершинами в серединах ребер — и такая деформация анимируется в manim примерно в одну строчку приведу еще код для генерации группы G

def G():
    for signs in product([-1,1], repeat=3):
        for r in range(3):
            yield lambda x: tuple(x[(i+r)%3]*signs[i] for i in range(3))

(а всё собранное целиком положу в комментарии — с использованием симметрии ~20 строк получилось… ну если с паузами и вращением камеры, то чуть больше) *** видно, кстати, что в группе G всего 24 элемента, из которых 12 сохраняют ориентацию… а всего в группе I симметрий додекаэдра 12×5=60 вращений — получаем действие I⁺ на 60/12=5 элементах I⁺/G⁺, который дает изоморфизм I⁺≃A₅ конечно, то же можно сказать и более геометрически: G это как раз подгруппа симметрий додекаэдра, сохраняющих вписанный в него куб, а 5-элементное множество I⁺/G⁺ отождествляется с 5 вписанными в додекаэдр кубами («кубы Кеплера») — вот эти кубы I⁺ и переставляет

Нефроида — именно её (точнее, её половину) вырисовывают лучи Солнца при отражении от стакана на его дне/на поверхности жидкости. Она же получается, как огибающая хорд, соединяющих точку на окружности под углом \alpha с точкой под углом 3\alpha ; у Мат. Этюдов об этом есть отличный рассказ (и отдельно модель, где можно посмотреть на огибающую, используя разное количество точек). А если вместо утроения угла взять удвоение — то огибающей будет кардиоида, и она же получается при отражении солнечных лучей от (конических) стенок кофейной чашки, когда одна из образующих конуса смотрит прямо на Солнце. (И она же — форма главной компоненты множества Мандельброта). Image credits: карточки (М. Панов), Математические Этюды.