- •Глава 1: Проценты 6
- •Глава 2: Арифметическая и геометрическая прогрессии 13
- •Глава 3: Геометрические построения в орнаментах и мозаиках 21
- •Глава 4: Пропорции 41
- •Глава 5: Немного о математике храмов Древней Руси (XI-xiIвв.) 57
- •Глава 7: Измерение фигур 76
- •Глава 8: Метод координат 87
- •Глава 11: Непрерывность функции. Производная и кривизна 122
- •Глава 12: Интегральное исчисление 133
- •Глава 1 Проценты
- •Понятие процента
- •Глава 9: Функции и графики 103
- •Глава 10: Конические сечения (коники). Кривые 2-го порядка 111
- •Абсолютная и относительная погрешность
- •Проценты вокруг нас
- •Применение процентов в банковской практике. Начисление процентов на вклад по простой и сложной схеме
- •Использование приближенных формул и таблиц, когда n велико
- •Сравнение сложной и простой схемы
- •Глава 2 Арифметическая и геометрическая прогрессии Метод полной индукции
- •Арифметические прогрессии
- •Геометрическая прогрессия
- •Бесконечные прогрессии
- •Примеры из финансовых расчетов
- •Глава 3 Геометрические построения в орнаментах и мозаиках Основные построения с помощью циркуля и линейки
- •Деление окружности на равные части с помощью циркуля и линейки
- •Построение логарифмической спирали
- •Построение узоров в круге на основе сеток
- •Движения на плоскости – перенос, поворот на угол , симметрии
- •Симметрия в орнаментах
- •Розетки
- •Бордюры
- •Решетки
- •Симметричные мозаики (паркеты)
- •Глава 4 Пропорции Понятие пропорции
- •Преобразование подобия. Гомотетия
- •Пропорция . Нормальный полиграфический лист
- •Метод «квадрата и его диагонали» в русской архитектуре. Восьмерики
- •Средние значения двух величин
- •Золотое сечение (деление отрезка в среднем и крайнем отношении)
- •Последовательность Фибоначчи и золотое сечение
- •Спираль Дюрера и «золотые» треугольники
- •"Золотая" пропорция и правильные многоугольники
- •«Золотая» прогрессия. «Золотые» модулеры
- •Производные «золота»
- •Глава 5 Немного о математике храмов Древней Руси (XI-xiIвв.)
- •Геометрические построения, применявшиеся древними мастерами
- •Некоторые стандарты планировки интерьера храма
- •Построение “золотого” плана циркулем и линейкой
- •Двухстолпный и бесстолпный храмы
- •План четырехстолпного храма
- •Глава 6 Размерение сооружений, имеющих "золотые" пропорции Модулер Корбюзье
- •Меры древней Руси
- •Глава 7 Измерение фигур
- •Измерение температуры
- •Тригонометрические функции
- •Решение треугольников
- •Площади плоских фигур
- •Многогранники
- •Правильные многогранники
- •Правильные пирамиды
- •Египетские пирамиды
- •Объемы фигур
- •Площади боковых поверхностей
- •Глава 8 Метод координат
- •Декартовы координаты
- •Векторы на плоскости
- •Полярная система координат
- •Связь между декартовыми координатами и полярными
- •Линии и их уравнения
- •Уравнение спирали Архимеда
- •Уравнение логарифмической спирали
- •Декартова система координат в трехмерном пространстве
- •Векторы в трехмерном пространстве
- •Сферические координаты
- •Сферические координаты в географии.
- •Орнаменты на сфере. Изогнутые крыши
- •Глава 9 Функции и графики Понятие функции
- •Четные и нечетные функции.
- •Периодические функции.
- •Монотонные функции.
- •Элементарные функции
- •Операции над графиками двух функций
- •Уравнение прямой на плоскости
- •Изменение уравнения линии при изменении системы координат
- •Глава 10 Конические сечения (коники). Кривые 2-го порядка Гипербола
- •Парабола
- •Эллипс как сжатая окружность. Каноническое уравнение эллипса
- •Построение овала с помощью циркуля и линейки. Характеристический прямоугольник. Фокусы эллипса
- •Эксцентриситет эллипса и параболы
- •Конические сечения
- •Кривые второго порядка
- •Проекции и конические сечения
- •Поверхности второго порядка в пространстве
- •Шары, эллипсоиды, конусы, цилиндры, параболоиды, гиперболоиды
- •Прямолинейные образующие
- •Глава 11 Непрерывность функции. Производная и кривизна Понятие предела
- •Непрерывность функции. Точки разрыва функции
- •Производные высших порядков
- •Производная и ее геометрический смысл
- •Основные правила дифференцирования
- •Роль производных в приближенных вычислениях
- •Производная и скорость изменения функции. Скачок производной
- •Знак производной и монотонность функции. Обращение производной в ноль
- •Выпуклость и вогнутость графика функции. Точки перегиба
- •Выпуклые, вогнутые и кровли с перегибом
- •Кривизна дуги
- •Глава 12 Интегральное исчисление Неопределенный интеграл
- •Основные методы интегрирования
- •Определенный интеграл. Задача о площади
- •Вычисление определенного интеграла
- •Основные свойства определенного интеграла.
- •Вычисление длин дуг.
- •Вычисление площади и длины дуги в полярных координатах
- •Вычисление длины окружности и площади круга и эллипса
- •Объем тела вращения
- •Площадь поверхности вращения
- •Ответы к задачам
- •Глава 1
- •Глава 2
- •Приложение
- •Изображение окружности и шара
- •Гирлянды (парабола)
- •Формулы
Меры древней Руси
О том, как в древние времена происходил процесс размерения строящихся зданий, материальных свидетельств очень мало. Мало что известно и о мерах, которыми пользовались строители. Неизвестны нам и методы расчетов, применяемые архитекторами древности. На начальном этапе развития человеческого общества создавалась система мер, вырабатываемая практикой, и, несмотря на то, что в каждом государстве это была своя система, у всех этих систем много общего. Например, меры, использовавшиеся для измерения длин, как правило, были связаны с размерами человеческого тела. Таковы "локоть", "фут" (стопа), пядь, ладонь, палец. Но в разных местностях они имели разную длину. Афанасьев [1] приводит 2 фута, пришедших с византийскими мастерами, которые использовались на Руси, - примерно 29,6см (римский) и примерно 30,9см (греческий). Третья значащая цифра для разных сооружений может немного различаться. О Великой Печерской церкви в Киеве в летописи записано, что она имеет меру 20 "поясов Шимона" в ширину и 30 в длину. Обмеры по наружным стенам определили длину "пояса" примерно в 118см и это значение равно 4-м римским футам: 118см:4=29,5см. Исследованию древнерусских мер посвящено много работ русских архитекторов. Трудность исследований состоит в том, что единая система мер, не зависящая от района, появляется только в результате становления централизованного государства с развитыми торговыми и экономическими связями между районами и с сильной властью, осуществляющей единый контроль. И процесс введения единой меры непростой, так как он связан с ломкой предшествующей традиционной системы. Кроме того, разные меры могли применяться в торговле и строительстве, существовали меры народные, княжеские, церковные и т.д. В современной системе меры отличаются друг от друга в 10, 100, 1000 и т.д. раз. Расчеты ведутся также в десятичной системе, следовательно, одновременное существование метров и сантиметров, километров и метров не вызывают при расчетах никаких затруднений. Расчет легко производить практически для любого количества знаков, что уравнивает иррациональные величины с рациональными. Но такая система - плод многовековых усилий всего человечества. Пока она не была разработана, люди использовали в своей практике меры и методы, позволявшие вести расчеты в целых числах и простейших дробях. Изучение древних памятников и очень краткие описания, содержащиеся в дошедших до нас письменных источниках, позволили разным авторам создать реконструкцию древнерусских мер и методику работы с ними древних мастеров. Принято считать, что на Руси использовались сажени и их производные, получаемые с помощью деления сажени.
В Новгороде в культурном слое начала XIII века была найдена мерная трость ("мерило"), вернее, ее обломок. Обломок имеет длину около полуметра, он имеет прямоугольное сечение и на 3-х гранях из 4-х нанесены деления разной длины - длинные, длиной во всю грань, и короткие, делящие расстояние между длинными рисками на 10 равных частей. Расстояния между длинными рисками равны: на одной грани, мы будем называть ее первой буквой от слова “Тьмутаракань” Т, в среднем 59,3мм, на грани М (мерная) – 73,2мм, на грани Н (новгородская косая) – 83,5мм.
Для этих значений выполняется:
73,2:59,3≈1,234≈2
83,5:59,3≈1,408≈
83,5:73,2≈1,141≈8/7
О том, каким единицам измерения соответствуют эти отрезки, можно только гадать, так как обломок очень короткий. Существуют разные реконструкции величины саженей, соответствующих "мерилу" (см., напр., [2, 3].
О том, что древние мастера при размерении одного и того же сооружения использовали не одну меру, а 2 или 3 разные меры одновременно, можно судить и по записям в летописях, когда в описании объекта используются сажени разных наименований. Приведем самый простой пример.
В одной из рукописей, датируемой XVII веком, была сделана запись: "валили вал в ширину 25 сажен косых, а простых 40 сажен"(в этом примере отношение длины косой сажени к длине простой – 1,6)
Имеются упоминания в летописях и о существовании деревянных "мерил". В "Сказании о Соломоне и Китоврасе" упоминаются "пруты" (во множественном числе), несколько деревянных мерил, изготовленных мудрым кентавром для создания "очертания" храма. Его "пруты" делились на 4 локтя.
Как мы уже говорили, благодаря тесным связям мастеров древней Руси с культурой Византии русская метрология оказалась во многом связана с византийской, древнегреческой и древнеримской метрологическими системами. А на древнегреческую и древнеримскую в свою очередь оказали влияние метрологические системы Древнего Востока – Вавилона и древнего Египта. Можно сравнить новгородский мерный прут с египетским прутом. В Мемфисе при раскопках был найден мерный прут, на 4-х гранях которого нанесены риски, отмечающие размеры 4-х разных локтей – длины 520мм, 462мм, 443мм и 441мм (размеры в описании [5] указаны с точностью до миллиметра). Локоть длины 462мм соответствует футу длины 462мм:1,5=308мм (длина греческого фута), он состоит из 25 пальцев длины 18,48мм. Локоть длины 520мм связан с локтем длины 462мм соотношением: 520≈9/8∙462мм (462 9/8=519,75), т.е. разность длин этих локтей 520мм-462мм=58мм составляет 1/8 часть греческого локтя (462мм:8=57,75мм, 57,75∙9=519,75). С локтем длины 441мм греческий локоть находится в соотношении, позволяющем по диаметру окружности легко находить ее длину. Действительно: 462:441=1,0476…, 22:21=1,0476…, или 441=21/22∙463. Следовательно, если диаметр окружности равен локтю длины 441мм, то длина окружности L=441мм∙22/7=3∙462мм, т.е. 3-м локтям длины 462мм. Локоть длины 443мм соответствует римскому футу 443мм:1.5=295,3мм. Разность 520мм-443мм=77мм составляет 1/6 часть греческого локтя: 462мм:6=77мм. Локоть 443мм состоит из 24-х пальцев: 24∙1,848мм=443,52мм. Тем самым, мера длины 443мм оказывается связанной с мерой длины 462мм соотношением: 443мм=24/25∙462мм.
В XVII-XVIIIвв. правительство в России начинает проводить политику упорядочивания мер, вводится аршин, равный 28 английским дюймам, состоящий из 16 вершков (см. след. главу), - единицы измерения, согласованные с английскими мерами длины, завоевавшие в дальнейшем прочные позиции.
