המחט של בופון

היום חל "יום פאי", כלומר תאריך היום הוא ה-14/3, שבארצות פחות מתוקנות נכתב כ-3.14, כלומר כמו התחלת הפיתוח העשרוני של הקבוע $latex \pi$, פאי (היחס בין היקף מעגל לקוטרו בגאומטריה האוקלידית) – ומכאן, תירוץ לחגוג ולאכול פאי עם פאי. מבחינתי זה תירוץ לכתוב פוסט על משהו שבו מופיע $latex \pi$, ורצוי משהו קליל יחסית. דוגמה …

בסיסים אורתונורמליים במרחבי הילברט

בפוסט הקודם כתבתי עוד ועוד מילים במקום להגיד "מרחב הילברט הוא מרחב מכפלה פנימית שלם ביחס למטריקה שמושרת מהמכפלה הפנימית שלו". בעיקר ניסיתי לדבר על ההבדל שבין מרחב סוף-ממדי למרחב אינסוף ממדי, שמתבטא בכך שבמרחב אינסוף-ממדי יותר יעיל לנו לפעמים לדבר על מושג של "בסיס" שלא זהה למושג הסטנדרטי. בפוסט הזה אני רוצה להרחיב על כך. …

אז מה זה מרחב הילברט?

אלו מכם שעקבו אחרי סדרת הפוסטים שלי על אלגברה לינארית ודאי שמו לב שבכמה מקומות ניסיתי להדגיש את החשיבות בכך שאנחנו מדברים על מרחבים וקטוריים (ה"כוכב" של האלגברה הלינארית) שהם ממימד סופי. חלק מהמשפטים שהוכחתי (למשל, אלו שנוגעים לערכים עצמיים) הסתמכו בצורה חזקה למדי על התכונה הזו. זה מעלה את השאלה האם המתמטיקאים בכלל לא מתעסקים …

איך ייתכן ש …+1+2+3 שווה למינוס 1 חלקי 12?!

בימים האחרונים משוטט ברשת סרטון של Numberphile שמציג "הוכחה" לסכום הבלתי נתפס הבא: $latex 1+2+3+\dots=-\frac{1}{12}$. במילים: הסכום של כל המספרים הטבעיים הוא מינוס (מינוס!) אחד חלקי שתיים עשרה. זו כמובן תוצאה בלתי נתפסת. איך ייתכן שסכום של מספרים חיוביים יהיה משהו שלילי? איך ייתכן שסכום של מספרים שלמים יהיה שבר? איך ייתכן שסכום המספרים הטבעיים, …

העתקות מביוס והספירה של רימן

אני ממשיך את סדרת הפוסטים שלי על אנליזה מרוכבת, והפעם אני רוצה להציג מחלקה חשובה של פונקציות מרוכבות – העתקות מביוס, שהן פונקציות מרוכבות מהצורה $latex f\left(z\right)=\frac{az+b}{cz+d}$ כאשר $latex a,b,c,d\in\mathbb{C}$ המקיימים את התנאי הנוסף $latex ad-bc\ne0$ שנבין בהמשך מה משמעותו. כדי להבין למה אלו העתקות מעניינות, בואו נראה שלושה סוגים של העתקות כאלו: $latex f\left(z\right)=az$ …

מה המתמטיקה שמאחורי התפשטות מחלות מדבקות?

כפי שרובכם בוודאי יודעים, בימים אלו מתחוללת בארץ מהומה סביב מחלת הפוליו. סקירה טובה של המחלה וההתפרצות הנוכחית בפרט אפשר למצוא בבלוג של קרן לנדסמן כאן וכאן (וזו הזדמנות טובה להגיד תודה ענקית לד"ר לנדסמן שחשפה אותי לכל הנושא המרתק הזה, ענתה לאינספור שאלות מטופשות שלי עליו ובאופן כללי עושה מלאכת קודש בנוגע אליו) אך …

נגזרת מרוכבת, פונקציות אנליטיות ונוסחאות קושי-רימן

המושג היסודי בחשבון דיפרנציאלי הוא מושג הנגזרת. כבר הקדשתי לו פוסט, אבל אחזור על הרעיון בקצרה: כאשר יש לנו פונקציה $latex f$, אנחנו מעוניינים למדוד את קצב השינוי שלה. המושג האינטואיטיבי שלנו הוא זה של שינוי ממוצע – מסתכלים על ההפרש בין ערכי הפונקציה בשתי נקודות שונות, ומחלקים אותו בהפרש שבין הנקודות הללו. אם המרחק …

אנליזה מרוכבת – זה הרגע לגלות את הנפשות הפועלות

אחרי שמציגים את המושגים הבסיסיים שקשורים למספרים מרוכבים, יש שתי דרכים להמשיך ולפתח את האנליזה המרוכבת. דרך אחת היא לקחת את ההגדרות המוכרות מחשבון דיפרנציאלי ואינטגרלי של מספרים ממשיים, להכליל אותן ולהתחיל להוכיח משפטים; דרך אחרת היא קודם כל להציג כמה מהפונקציות העיקריות שבהן אנו מתענייינים באנליזה המרוכבת ולהסביר קצת על האופן שבו נהוג לתאר …

אז מה זו אנליזה מרוכבת?

בזמן הלא מועט שחלף מאז שהתחלתי את כתיבת הבלוג אני מקווה שהצלחתי לגעת במשהו מכמעט כל נושאי הבסיס שבהם סטודנטים לתואר ראשון במתמטיקה יתקלו בודאות במהלך התואר שלהם. אלא שעדיין, רק כמעט, ועוד נותרו מספר חורים מטרידים. אני רוצה להתחיל עכשיו לסגור את החור המטריד ביותר, של נושא חשוב ויפה מאין כמותו שטרם כתבתי עליו …

כיצד תעזור לכם המתמטיקה לחמוק מדו"חות תנועה

בימים האחרונים מתרוצץ לו ברשת סיפור משעשע על פיזיקאי מאוניברסיטת סן דייגו, דימיטרי קריוקוב שמו, שקיבל דו"ח תנועה על אי עצירה בתמרור עצור, והצליח לשכנע את השופט לוותר לו על הקנס על ידי הגשת… מאמר מתמטי ש"מוכיח" את חפותו. שלל האתרים שמדברים על הפרשייה מתעקשים כמובן לומר שזה מאמר מתמטי "מלא נוסחאות סבוכות". ובכן, לא …

למה פאי לא שווה 4?

באינטרנט מסתובבת לה לאחרונה הוכחה ישנה נושנה לכך ש"$latex \pi=4$", כאשר $latex \pi$ (פאי) הוא המספר שמציין את היחס בין היקף מעגל וקוטרו בגאומטריה האוקלידית. ההוכחה הזו קצת לא מסתדרת עם הידע המתמטי הסטנדרטי לפיו $latex \pi$ אכן קבוע לכל המעגלים, אבל ערכו בכלל מתחיל ב-$latex 3.14\dots$ והוא מספר אי רציונלי, כלומר הספרות שמעבר לנקודה …

נגזרת – בשביל מה זה טוב? (בעיות קיצון, חלק ב')

בפוסט הקודם עסקנו בשתי בעיות "מציאותיות" ובסופו של דבר בנינו מודל מתמטי עבורן שבא לידי ביטוי בפונקציה ממשית מסויימת. זה מעביר אותנו לבעיה הכללית הבאה: נתונה פונקציה ממשית $latex f\left(x\right)$, ואנו רוצים למצוא ערכי $latex x$ שעבורם $latex f\left(x\right)$ היא מקסימלית או מינימלית. הנחת היסוד שלנו הוא ש-$latex f\left(x\right)$ היא פונקציה "נחמדה" – ניתן לגזור …

נגזרת – בשביל מה זה טוב? (בעיות קיצון, חלק א')

כשהייתי קטן תהיתי (יש מישהו שלא תהה על זה?) מה הדרך האופטימלית לזרוק כדור כך שהוא יפול במרחק הגדול ביותר האפשרי ממני. ברור שצריך לזרוק בשיא הכוח שלך, אבל באיזו זווית ביחס לאדמה? אם זורקים יותר מדי לגובה, הכדור אמנם יתעופף לגובה אבל לא יתרחק ממני כמעט; ואם זורקים יותר מדי לאורך הכדור אמנם יבלה …

המשפט היסודי של החשבון הדיפרנציאלי והאינטגרלי

בפוסטים הקודמים על חדו"א הצגתי שני מושגים שונים, שבאו לפתור בעיות שונות והוגדרו בצורות לא קשורות – הנגזרת והאינטגרל. המשותף לשני המושגים הללו היה שבשניהם התבססנו על מושג הגבול כדי להגדיר אותם; ספציפית, הן הנגזרת והן האינטגרל הם תוצרים של תהליך קירוב כלשהו שבו הדיוק שלנו משתפר עד אין קץ; הנגזרת מודדת "מהירות ממוצעת" על …

היה זה תענוג לגזור

באחד הפוסטים הקודמים הצגתי את מושג הנגזרת, אך כל מה שעשיתי היה להציג את ההגדרה הפורמלית; אם כל מה שיש לנו הוא את ההגדרה הזו, אנחנו עדיין לא יכולים לעשות הרבה. בפוסט הזה אני רוצה להציג את הכלים והתוצאות הבסיסיות על חישוב פרקטי של נגזרות, כדי לשכנע אתכם בשני דברים: ראשית, שחישוב נגזרות הוא אכן …

אז מה זה אינטגרל?

מה השטח של עיגול שרדיוסו באורך 1? אלו מכם שלמדו נוסחאות בבית הספר אולי זוכרים שזה צריך להיות $latex \pi$, אבל למה? איך מגיעים לזה? הבעיה הזו – מדידת שטח של צורות מסובכות – העסיקה את המתמטיקאים עוד משחר היוולדה של המתמטיקה, ובפרט אצל היוונים הקדמונים. הפתרון הראשון לבעיה הופיע אצל מי שהיה ככל הנראה …

אז מה זו נגזרת?

בעיית ה"מכונית שנוסעת מתל אביב לחיפה" נשחקה עד לזרא בבתי הספר, ולכן אני מקווה שתסלחו לי על כך שאני משתמש בה – רכב מנצח לא מחלפים. אם כן, המרחק מתל אביב לחיפה הוא 100 קילומטרים. מכונית יוצאת מתל אביב לחיפה ומגיעה לשם תוך שעתיים. מה הייתה מהירותה בדרך? ובכן, אין לשאלה הזו שום תשובה חד …

גבולות של פונקציות ופונקציות רציפות

בפוסט הקודם שלי על חדו"א תיכונית הצגתי מושג שלא נלמד בתיכון, אבל הוא בסיסי ביותר בחדו"א – מושג הגבול. ליתר דיוק, הצגתי את המושג עבור סדרות של מספרים ממשיים; כעת אני רוצה להציג את ההגדרה עבור פונקציות של מספרים ממשיים – בסימון שהצגתי בפוסט על פונקציות, פונקציות מהצורה $latex f:\mathbb{R}\to\mathbb{R}$. ההגדרה תהיה מעט יותר מסובכת …

מהו גבול? (של סדרה)

בשעה טובה הגענו לשלב בסדרת הפוסטים על חדו"א שבו אפשר להתחיל לדבר על מושג הגבול – מושג שלא מתואר באופן מדויק בתיכון, ואני רוצה כן לתאר אותו כאן באופן מדויק עד הסוף. מכיוון שזהו מושג קשה יחסית לעיכול, אתחיל מתיאור מקרה פרטי (חשוב מאוד לכשעצמו) – גבול של סדרה. אם כן, נתחיל מלדבר על מהי …

מהן פונקציות? (גרסה מכוונת-חדו"א)

הפוסט הזה הוא חלק מסדרת הפוסטים שמטרתה להציג חדו"א באופן פשוט, ומכיוון שהחדו"א עוסק בפונקציות הכרחי להציג כאן פונקציות – אבל ההצגה הזו רלוונטית לעוד דברים פרט לחדו"א, מהסיבה הפשוטה שפונקציה היא אחד מהמושגים המרכזיים ביותר במתמטיקה כולה, אם לא המושג המרכזי ביותר. בפרט, מי שחשב שמספרים הם המושג המרכזי – ובכן, לא, מצטער, טעיתם; …