7. Загадка
Архимеда
Попробуем
разложить в цепную дробь число
Уже на этом
этапе выкладок мы видим, что первыми
подходящими дробями будут
Проделайте
сами выкладки и убедитесь, что
Вот и все. До
чего же просто! Эта таблица раскрывает
секрет Архимеда, а заодно и Меция. Из
нее видно:
,
,
,
.
(нечетные
приближения с недостатком, четные - с
избытком).
Можно ли
считать, что Архимед и Меций
разоблачены: они пользовались цепными
дробями, Архимед использовал вторую
подходящую дробь, а Меций - четвертую?
Нет, про
Архимеда этого сказать нельзя.
Следует ясно понять, что мы решили
математическую, но не историческую
задачу. Мы объяснили, как м о ж н о
прийти к числу
.
Весьма возможно, что Архимед
пользовался цепными дробями, но
установить это по его работам нельзя.
Суд не признал бы наших доводов.
Историки не пришли к единому мнению.
Преимущество седьмых долей можно
обнаружить и эмпирически, сравнивая их
с разными другими.
Другое дело
Меций. Невероятно предположить, что
такая сложная дробь, как
,
найдена без теории.
Очень вероятно, что Меций пользовался
цепными дробями. Понятно почему он
остановился на четвертой подходящей
дроби: следующие настолько громоздки,
что практически непригодны.
8. Загадка
Григория XIII
Сначала
подумаем, как мы сами решили бы
проблему чередования високосных лет.
Мы представили бы длину года в виде
цепной дроби.
Примечание
. p
- иррациональное число.
Оно разлагается в бесконечную цепную
дробь. Величина года - эмпирическая.
Всякая эмпирическая величина
измеряется лишь с определенной
точностью, и говорить об ее
рациональности или иррациональности
не имеет смысла. Приведенная выше
величина года - принятая, и мы должны
считать ее точной. Она выражается
конечной ценной дробью.
Находим несколько
первых подходящих дробей:
,
,
,
,
.
Каждая
подходящая дробь дает решение проблемы
календаря. Например, приближение
- приводит к решению
Юлия Цезаря: один високосный год из
каждых четырех.
Пользоваться приближением
никто не предлагал,
по-видимому, потому, что следующее
приближение
лишь немного
сложнее, но значительно точнее.
Календарь, по которому високосными
должны были бы считаться восемь лет из
каждых тридцати трех, был предложен
великим туркмено-персидским философом,
математиком, астрономом и поэтом
Омаром Хайямом (1040-1123).
Сведения о точности найденных
приближений к истинной длине года даны
в следующей таблице.
Таблица
В графе "Погрешность"
знак минус указывает, что средняя длина
года больше истинной.
Четвертый вариант исключительно точен.
Погрешность в 1 сек. не имеет никакого
практического значения. Поэтому были
предложения использовать этот
календарь. Например, в 1864 году русский
астроном Медлер предложил с XX столетия
ввести такой календарь в России. Для
этого надо внести в юлианский
календарь следующую поправку: каждые
128 лет пропускать один високосный (потому
что по юлианскому календарю на 128 лет
приходится 32 високосных). Однако этот
календарь не был принят
нигде в мире, по-видимому, потому, что
период 128 "некруглый".
Решив
математическую задачу, вернемся к
задаче исторической. Каковы были
соображения Григория XIII (или его
сотрудников)?
В начале
статьи говорилось, что средняя длина
григорианского года
365
суток 5 час. 49 мин. 12 сек.
Это значение
отличается от истинного на целых 26
секунд. Получается впечатление, что
папа Григорий XIII или его ученые
советники придумали календарь более
сложный, чем хайямовский и к тому же
менее точный. Значит ли это, что они
были плохими математиками? Оказывается
дело не в этом.
При Григории XIII продолжительность года
не была известна столь точно, как
теперь. Комиссия Григория XIII
пользовалась астрономическими
таблицами, составленными Альфонсом X
(1221 - 1284), королем Кастилии, который
занимался астрономией (недаром его
прозвали Альфонс-астроном). Эти таблицы
впервые были изданы в Венеции через сто
лет после смерти их автора. В них дается
следующая продолжительность года:
Пользуясь
этими таблицами, комиссия должна была
прийти к выводу, что предложенная ею
средняя длина календарного года только
на четыре секунды отличается от
истинной. Если бы комиссия и была
знакома с предложением Омара Хайяма, то
она пришла бы к выводу, что его
календарь дает ошибку в 11 секунд.
Добавим, что нет никаких оснований
предполагать, что комиссия Григория XIII
использовала цепные дроби. Она
кропотливо, в поте лица подбирала
нужное соотношение.
Что касается Омара Хайяма, то ученые
думают, что он владел, если не полной
теорией цепных дробей, то каким-либо
аналогичным принципиальным подходом к
задачам о наиболее рациональных
приближениях дробями с небольшими
знаменателями. В его эпоху восточная
наука во многих отношениях стояла выше
европейской.