c²=a²+b²-2abcosC,

где a,b,c – длины сторон треугольника, а C – величина угла, противолежащего стороне c. Если угол C прямой, то теорема косинусов переходит в Пифагора теорему, так как косинус прямого угла равен нулю. Теорема косинусов чаще всего применяется в двух случаях: 1) если нужно узнать длину одной из сторон при известных длинах двух других сторон и величине угла между ними; 2) если нужно узнать величины углов треугольника, длины сторон которого известны.

Теорему знали еще древние греки, ее доказательство содержится во II книге «Начал» Евклида (см. Евклид и его «Начала»).

КУБ

Куб, или гексаэдр (шестигранник), - прямоугольный параллелепипед с равными измерениями, один из видов правильных многогранников. Ею легко склеить из развертки (рис. 1). Куб – единственный из правильных многогранников, которым можно замостить пространство, прикладывая один кубик к другому. Именно поэтому объем куба с единичным ребром принят за единицу объема. Удивительным образом куб связан с четырьмя другими видами правильных многогранников. Так, центры граней куба являются вершинами октаэдра и, наоборот, центры граней октаэдра суть вершины куба (рис. 2).

Рис. 1

Рис. 2

В куб можно вписать правильный тетраэдр – его вершинами являются концы скрещивающихся диагоналей двух параллельных граней куба (рис. 3). Остальные четыре вершины куба служат вершинами второго вписанного тетраэдра.

Рис. 3

Куб можно вписать в додекаэдр так, что ребра куба будут диагоналями граней додекаэдра (рис. 4). Ребром вписанного в додекаэдр куба может быть любая из пяти диагоналей какой-нибудь грани додекаэдра, так что в додекаэдр указанным образом можно вписать 5 одинаковых кубов. Наконец, на каждой из шести граней куба можно выбрать по паре точек так, что 12 выбранных точек будут вершинами икосаэдра, рис. 5 (выделенные отрезки лежат на гранях куба).

Рис. 4

Рис. 5

Среди прочих примечательных свойств куба отметим, что в точности четыре его сечения являются правильными шестиугольниками – эти сечения проходят через центр куба перпендикулярно четырем его диагоналям (рис. 6).

Рис. 6

Куб – пространственный аналог квадрата на плоскости. Особую четкость эта аналогия приобретает, если привлечь координаты. Квадрат на плоскости Oxy можно задать неравенствами

0≤x≤1, 0≤y≤1,

и его вершины будут иметь координаты (0;0), (0;1), (1;0) и (1;1). В координатном пространстве Oxyz куб задается неравенствами

0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1;

его 8 вершин имеют координаты (0;0;0), (0;0;1), (0;1;0), (0;1;1), (1;0;0), (1;0;1), (1;1;0) и (1;1;1). Квадрат имеет 4 стороны, лежащие на прямых x=0, y=0, x=1 и y=1. Куб имеет 6 (плоских, или двумерных) граней, лежащих в плоскостях, задаваемых уравнениями x=0, y=0, z=0, x=1, y=1 и z=1. Эту аналогию можно продолжить в две стороны.

Одномерный аналог куба и квадрата – это, конечно, отрезок 0≤x≤1 оси Ox. Четырехмерный же куб в четырехмерном пространстве, точки которого понимают как всевозможные (упорядоченные) четверки чисел (x;y;z;t), задается системой неравенств

0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤t≤1.

Четырехмерный куб, или гиперкуб, имеет уже 16 вершин (точек с координатами (x;y;z;t), где x,y,z и t могут равняться 0 или 1) и 8 трехмерных граней, каждая из которых представляет собой обычный (трехмерный) куб, все 8 вершин которого удовлетворяют одному из уравнений: x=0, y=0, z=0, t=0, x=1, y=1, z=1 и t=1. Двумерных граней у гиперкуба 24 – это квадраты, у вершин которых зафиксированы (равны 0 или 1) уже две координаты (из четырех). Наконец, ребер, одномерных граней, у гиперкуба 32.

Аналогично тому, как обычный куб имеет плоскую – двумерную – развертку (рис. 1), гиперкуб может быть «развернут» в трехмерном пространстве. Эта развертка будет состоять из 8 трехмерных граней – обычных кубов – и может быть изображена так, как показано на рис. 7. В четырехмерном пространстве каждый из кубов развертки граничит с шестью другими. На рис. 8 дан плоский чертеж трехмерного «изображения» гиперкуба (само это изображение легко соорудить из спичек и пластилина). Пространственную проекцию гиперкуба можно представить и изготовить по плоскому чертежу на рис. 9.

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9

ЛЕТНИЕ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ШКОЛЫ

Во время летних каникул тысячи старшеклассников в разных краях и областях нашей страны вновь садятся за парты в летних физико-математических школах. Эти школы создаются при высших учебных заведениях и научно-исследовательских институтах. Ребята, которые интересуются физикой и математикой, могут углубить и расширить свои знания, познакомиться с единомышленниками – ровесниками, студентами, учеными.

В большинстве летних школ учебный процесс строится из лекций и семинаров, но иногда (например, в школах при Ленинградском и Красноярском университетах) организуются математические кружки и факультативы. Обычно в летних школах изучают традиционные разделы математики, не нашедшие достаточного отражения в программе общеобразовательной школы. А в Малой Академии наук в Крыму и Всесоюзной летней школе юных программистов при Вычислительном центре АН Сибирского отделения АН СССР впервые начато обучение программированию и вычислительной математике. В программе летних школ важное место занимает не только решение задач на семинарах и в кружках, но и подготовка к олимпиадам, специальным практикумам. Популярны «математические бои», конкурсы по решению задач.

Поскольку летние школы организуются крупными научными центрами и высшими учебными заведениями, то к преподаванию привлекаются ведущие специалисты. Здесь школьники могут поговорить в непринужденной атмосфере с учеными, знакомыми по книгам и телепередачам. Ученики летних физико-математических школ часто бывают на экскурсиях в научных центрах и высших учебных заведениях. Близость крупных научных центров позволяет ребятам быть в курсе современных направлений научного прогресса. Летние физико-математические школы различны и по содержанию занятий, и по принципам организации, однако во всех школах создается высокоинтеллектуальная, творческая атмосфера, осуществляется программа обучения, в которой органично соединены и занятия, и культурный досуг, и отдых, и общение. Особенно полезно общение сотрудников и учеников школы. Обычно преподаватели школ – молодые ученые, студенты – совмещают учебные и воспитательные обязанности. Они легко находят общий язык с воспитанниками, и общение в учебе не отделено от дружеских взаимоотношений. В круг интересов входят поэтому не только наука, но и вопросы общественной жизни, культуры.

В Красноярской летней школе старшеклассники занимаются математикой, физикой, химией.

Юность неразлучна со спортом, и спортивные соревнования, секции, туристские походы и, конечно, утренняя зарядка обеспечивают ребятам здоровье.

Во многих летних школах установились свои традиции: например, знаменитый «симпозиум фантастических проектов» в летней школе при Новосибирском государственном университете, спортивно-математические состязания и празднование Дня математика в Красноярской летней школе, математический КВН в летней школе города Батуми, общий сбор Малой Академии наук «Искатель» в Крыму.