Карточки для чтения мыслей (магия двоичных чисел)

 

Говорят, что старые фокусы – самые лучшие, и это совершеннейшая истина в отношении этого трюка с «чтением мыслей». Напоминания о нем часто можно встретить в рождественских хлопушках с сюрпризом и в детских наборах с фокусами.

Вам потребуется четыре карточки с числами, в точности такие, как показано ниже.

 

 

Сценарий таков: «Задумайте число от 1 до 15, но не говорите мне, что это за число. Теперь я покажу вам по очереди четыре карточки, и для каждой задам один и тот же вопрос: „Есть ли здесь ваше число?“ Те карточки, про которые вы скажете „Да“, я буду откладывать в сторону. После того как я покажу вам все четыре, я смогу волшебным образом угадать, какое число вы задумали!»

Чтобы найти задуманное число, возьмите те карты, на которых оно имеется, и сложите числа, расположенные на них в верхнем левом углу.

Вот пример. Предположим, вы задумали число 13. Это число есть на всех картах, кроме третьей. В их левых верхних углах стоят следующие числа: 1, 4 и 8. Сложив их, получим: 1 + 4 + 8 = 13. Работает! Но почему?

Взгляните на этот ряд чисел: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64.

Это так называемые степени двойки, где каждое число получается путем удвоения предыдущего. Именно в них секрет карточного номера с чтением мыслей. Первое число на каждой карточке представляет собой степень двойки.

Оказывается, любое целое число можно получить сложением нескольких степеней двойки:

• Чтобы получить 6, нужно сложить 4 и 2.

• Чтобы получить 9, нужно сложить 8 и 1.

• Чтобы получить 14, нужно к 8 прибавить 4 и 2.

Вот как получаются все числа от 1 до 15:

 

 

Каждое число здесь единственным способом описывается определенной комбинацией из ответов «Да» и «Нет». К примеру, число 3 – это «Нет Нет Да Да», а число 13 – это «Да Да Нет Да». Замените «Да» на единицу, а «Нет» – на нуль, и вы получите 0011 для 3 и 1101 для 13. Это так называемые двоичные числа – фундаментальные числа, которыми пользуются компьютеры, ведь работа компьютеров на самом базовом уровне – это исключительно принятие решений типа да/нет. Этот факт придает двоичным числам огромное значение; можно сказать, что двоичная система счисления – самая важная на планете.

Чтобы определить, какое число связано с какой карточкой, достаточно просто посмотреть на ответы «Да» в каждом столбце приведенной таблицы. В первом столбце (8) «Да» стоит напротив чисел 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15, поэтому на первой карточке должны размещаться именно эти числа. Во втором столбце (4) «Да» относится к числам 4, 5, 6, 7, 12, 13, 14 и 15, и именно эти числа можно найти на второй карточке. И так далее.

Можно сделать этот фокус еще более впечатляющим, если использовать пять карточек. Правда, чтобы определить, какие числа должны располагаться на какой карточке, придется составить таблицу подлиннее. В ней должна быть дополнительная колонка (с числом 16 наверху), а сбоку следует написать числа от 1 до 31 (31 – наибольшее число, которое можно получить сложением 1, 2, 4, 8 и 16). Пять карточек, которые вы в конце концов получите, будут выглядеть так:

 

 

А теперь продемонстрируйте этот фокус кому-нибудь – пусть «жертва» выберет число от 1 до 31.

 

Что могут степени

 

Сколько песчинок понадобится, чтобы заполнить песком всю наблюдаемую Вселенную? Глупый вопрос, ведь такого количества песчинок, чтобы заполнить Вселенную, просто не существует (откуда бы взялся весь этот песок?), но дети обожают глупые вопросы. А у этого к тому же есть ответ, который тоже звучит глупо: для этого потребовался бы миллион миллиардов миллиардов триллионов квадриллионов пентиллионов гекстиллионов песчинок… умноженный на три! Или, если записать это привычным способом как три с 90 нулями:

3 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.

Это длинное число, и писать его утомительно, но математики, к счастью, придумали для него более короткий способ записи. Данное гигантское число можно записать так: 3 × 1090. Число 90, записанное вверху маленькими цифрами, называется показателем степени, или экспонентой, а еще иногда его называют (осторожно, сейчас появится страшное слово) логарифмом (по основанию 10).

Большинство родителей припомнят, что слышали что-то о логарифмах в школе, но вряд ли они смогут сколько-нибудь подробно рассказать о том, как те устроены и работают. В лучшем случае мамы и папы скажут, что такое и как выглядят логарифмы. Но на самом деле идеи, которые стоят за этим понятием, вполне можно донести до десятилетнего ребенка.

Для начала напомните сыну или дочери о том, что площадь квадрата со стороной 10 равна 10 × 10, или «10 в квадрате». Кратко это можно записать как 102 (что имеет смысл, поскольку число 10 в полной записи повторяется дважды).

Поэтому не удивительно и понятно с точки зрения здравого смысла, что 10 × 10 × 10 записывается как 103.

А теперь зададимся вопросом: сколько будет 102 × 103? Если расписать это подробно, получится 10 × 10 × 10 ×10 × 10, или 100 000, но в краткой записи это будет 105. Вы заметили, что маленькие числа в обоих сомножителях (3 и 2) просто сложились и дали такое же маленькое число 5 в ответе?

Всегда ли работает такое сложение? Чему, как вы полагаете, равно 102 × 104? Если правило сложения работает, то в ответе должно получиться 106, поскольку 2 + 4 = 6 – и быстрая проверка показывает, что это верный ответ (100 × 10 000 = 1 000 000, или миллион).

Таким образом, при помощи логарифмов можно без труда превратить умножение в сложение. И это работает при любом основании. То есть 32 × 34 = 36 (2 + 4 = 6). Если записать полностью, то получится, что мы 3 × 3 (9) умножаем на 3 × 3 × 3 × 3 (81), и получается 3 × 3 × 3 × 3 × 3 × 3 (729). Это оказывается весьма полезным, когда числа становятся слишком большими для калькулятора. Так что теперь вы можете уверенно сказать, что 179 × 174 равно 1713, хотя при попытке проверить это утверждение при помощи электроники вы, вероятно, получите лишь сообщение об ошибке.

Далее. Если ваш ребенок готов признать, что такое правило сложения – штука хорошая и удобная и что правило это, судя по всему, работает всегда, вы можете воспользоваться ситуацией и расширить идею о применении степеней. Что такое 30? Большинство детей (да и большинство взрослых), скорее всего, скажет, что это нуль, но если вы усвоили, что правило сложения работает всегда, то 30 должно равняться 1. Почему? Посмотрите, скажем, на пример 30 × 32. Согласно правилу сложения степеней 0 + 2 = 2, так что ответ должен равняться 32 или, иными словами, 30 × 9 = 9… что означает, что 30 должно равняться 1. Более того, по этому правилу любое число в нулевой степени равняется 1!

Здесь не обойтись без некоторого осмысления, поэтому стоит остановиться и дать мальчику или девочке время освоиться с новыми идеями. Но на всякий случай – если вам или вашему ребенку не терпится двигаться дальше – добавим, что правило сложения степеней работает также для дробей и отрицательных чисел. К примеру, 101/2 – это квадратный корень из 10 (примерно 3,16), потому что 101/2 × 101/2 = 101. А что с отрицательными числами? 10–1 равно 0,1, или одной десятой, потому что 10–1 × 101 = 100 = 1. Очень хорошо, хватит!!!

Все это весьма серьезные идеи, и вполне возможно, что для многих ребят некоторые из них окажутся слишком серьезными. Но не забывайте, что очень большие числа, как правило, завораживают детей. Тот факт, что для записи числа, при помощи которого можно выразить размер Вселенной, достаточно всего трех или четырех цифр (к примеру, 1091), – интересная математическая загадка, которой имеет смысл поделиться.