Продолжаем серию статей с мягким, но последовательным введением в геометрические алгебры. Она рассчитана на тех, кто хочет разобраться не только с с тем как она работает, но и почему она работает.

В этой части мы рассмотрим алгебры Грассмана или внешние алгебры с несколькими «корнями из нуля», то есть ненулевыми элементами, обращающимися в ноль при возведении в квадрат. Однородные элементы внешней алгебры — мультивекторы или -векторы, имеют геометрическую интерпретацию, которая позволяет рассматривать их как модели линейных пространств. Так строится афинная геометрическая алгебра с операциями пересечения и соединения. Мы рассмотрим двойственные алгебры и порассуждаем над ориентацией и мерой подпространств, соответствующих мультивекторам. Изучим свойства внешнего произведения и его геометрическую интерпретацию, коснёмся принципа двойственности и введём новые операции: два дополнения и регрессивное произведение.

Это начало серии статей, дающих достаточно мягкое, но последовательное введение в геометрические алгебры, известные также как алгебры Клиффорда. Её можно считать естественным продолжением цикла «Изобретаем числа», в котором мы знакомились с разнообразной арифметической экзотикой: двойными, дуальными и гиперболическими числами, а так же с методикой расширения числовых колец и полей всевозможными добавками, мнимыми и не очень. Теперь мы эти добавки смешаем, не взбалтывая так, чтобы получающимися числами можно было моделировать целые геометрии.

Предлагаемый цикл я рассматриваю как дополнение к популярным введениям и обзорам геометрической алгебры, хотя оно может быть полезным и как первое знакомство с предметом. Его отличает больший чем обычно акцент на алгебраическую часть, а также следование оригинальному подходу Эрика Ленгэля (Eric Lengyel) к построению геометрических алгебр, который мне представляется наиболее последовательным и логически непротиворечивым.

Пару недель назад многие новостные каналы объявили о том, что вопреки запретам налагаемым теориями Абеля и Галуа найдено общее решение алгебраических уравнений любой степени. В основе нового метода лежит обобщение старых добрых чисел Каталана (тех самых, что считают правильные скобочные выражения и бинарные деревья) а одним из его авторов выступил математик Норман Вайлдбергер, который известен свой непримиримой борьбой с иррациональными числами. Всë это делает новость интересной и достойной детального разбора.

Я предлагаю вашему вниманию подробный обзор оригинальной статьи Нормана Вайлдбергера и Дина Рубайна с примерами, анализом ограничений метода и наброском его доказательства.

Всевозможные катастрофы и «чёрные лебеди» бывают очень разнообразными, они тревожат, занимают наше внимание и забивают эфир подробностями. Для того чтобы выработать устойчивость к ним (то, что сейчас называют «антихрупкостью») стоит сосредоточиться и исследовать само явления катастрофизма. Выйдя за рамки философствования в духе «все там будем», можно обнаружить и общие закономерности и признаки систем, тяготеющих к катастрофическим сценариям развития.

Сегодня я предлагаю рассмотреть поведение очень простой, наглядной и прозрачной модели распространения лесных пожаров, для того чтобы познакомиться с важным и универсальным явлением самоорганизующейся критичности (СОК) и его свойствами.

Продолжаю делиться с вами своими заметками для занятий математического кружка. Эта статья носит пятничный характер, и представляет опыт лёгкой болтовни на глубокие математические темы. Именно такие беседы с моим папой, а потом с учителями в новосибирской ФМШ когда-то привели меня в науку, и именно они оставляют у учеников ощущение прикосновения к чему-то большому и стройному, что популярные ныне стоики называли словом Логос.

Сегодня я поделюсь своим опытом ученичества и учительства, возможно, полезный тем, у кого есть дети, племянники, внуки или, тем более, ученики, с которыми так хочется разделить свою любовь к точным наукам.

Курс начальной школы приучает нас к тому, что числа пригодны для счёта. В средней школе, когда к математике подключаются физика и химия, мы узнаём, что числами можно моделировать всевозможные явления от наполнения бассейнов и движения велосипедистов, до количества тепла, которое выделится, если дать соединиться двум молям водорода и одному молю кислорода. А в старших классах на смену числам приходят функции, векторы и другие замечательные математические объекты, которыми можно моделировать ещё более сложные процессы и явления. Однако, если заглянуть в «большую» математику, обитающую в университетах, а также в статьях и книгах, посвящённых специальным разделам математики, то можно обнаружить что числа, вернее числовые системы: кольца, поля, их расширения и модули над ними, сами по себе оказываются способны на многое. Ими можно моделировать целые пространства, геометрические объекты и их преобразования (комплексные числа, кватернионы, алгебры Клиффорда), регулярные структуры, обладающие пространственной симметрией (числа Гаусса, Эйзенштейна) или преобразования специальной теории относительности (дуальные числа, алгебра пространства-времени).

В этой статье мы поговорим о том, как с помощью дуальных чисел можно решать задачи, в которых есть величины с погрешностями. Кроме того, добавим к чистой математике немного генеративного искусства и познакомимся с самой простой работающей системой автоматического дифференцирования.

Про комплексные числа рано или поздно узнают все, изучающие математику даже в рамках школьного курса. Те, кто связывает свою жизнь с техникой и точными науками, постепенно свыкаются с идеей мнимой единицы, и начинают ценить то новое и порой необычное, что её добавление приносит в мир действительных чисел. Однако, комплексные числа это лишь один из полезных примеров более широкого класса числовых систем: гиперкомплексных чисел — конечномерных расширений числовых полей или колец. Двумерные гиперкомплексные числа можно разделить на три класса: эллиптические (к которым относятся и комплексные числа), гиперболические и параболические.

В этой статье мы немного поговорим о гиперболических арифметиках: двойных числах и расширении целых чисел золотым сечением.

Продолжаем разбираться с числостроительством в серии заметок «Изобретаем числа». В предыдущих статьях этой серии мы последовательно подходили к построению числовых систем (алгебраических структур, которые я неформально называю арифметиками), как модулей над более простыми системами. В прошлый раз мы ввели классификацию таких арифметик, пользуясь их матричными представлениями, и разбили их на классы: эллиптические, гиперболические и параболические.

Сегодня я хочу поговорить об эллиптических арифметиках, к которым относятся хорошо всем известные комплексные числа и менее известные, но полезные числа Эйзенштейна. В частности, мы поговорим о том, почему среди многообразия возможных эллиптических арифметик именно комплексные числа в том виде, в котором мы их знаем, являются наиболее удобными и универсальными.

Продолжение серии статей, в которой мы разбираемся с тем, как упорядоченная пара двух чисел способна служить моделью для различных числовых систем, как привычных, так и весьма экзотических. Первая и вторая части были посвящены построению привычных кольца целых и поля рациональных чисел, вернее тому, как эти числовые системы можно моделировать упорядоченными парами элементов из более примитивных систем.

В этой части мы рассмотрим общие принципы построения числовых систем, как модулей над другими системами, перейдём от пар к матрицам и немного пофилософствуем над такими вопросами: «Что такое числовая система?», «Почему матрицы так хорошо подходят для сочинения новых чисел?»

Это вторая часть серии статей, посвящённой построению числовых систем, основанных на упорядоченных парах. В предыдущей статье мы рассмотрели как строится кольцо целых чисел из пары натуральных, освоившись с понятиями классов эквивалентности и факторизацией. В этой построим ещё одну знакомую числовую систему: поле рациональных чисел.

Как объяснить правила сложения, умножения и сравнения для дробей? Откуда взялись общие знаменатели, деление многоэтажных дробей, всевозможные «методы бабочки» и прочие премудрости, подстерегающие человека классе в шестом?

Материал расчитан на тех, кто учит старшеклассников или младшекурсников

Этой мини-серией статей я хочу объединить свои заметки для математического кружка о различных необычных, но полезных числовых системах, основанных на парах чисел. План знакомства с числовыми системами будет такой:

1. В этой статье мы (признаюсь, достаточно занудно) построим из натуральных чисел целые, при этом познакомимся с важнейшими инструментами математики: упорядоченной парой, эквивалентностью и факторизацией.

2. Во второй части от целых мы перейдём к рациональным числам, которые тоже можно представить в виде пары — рациональной дроби. Главный вопрос на который мы постараемся ответить: «А чего у дробей всё так сложно-то?»

3. В третьей части мы сконструируем Гауссовы числа и порассуждаем над более общим вопросом: «Что такое число?». В этой части мы перейдём от пар к матричным представлениям чисел, что позволит нам ввести их классификацию.

4. Четвёртая часть будет посвящена эллиптическим арифметикам: комплексным числам и числам Эйзенштейна. Здесь мы порассуждаем над сакраментальным вопросом: «Реальная ли мнимая единица?»

5. В пятой части мы рассмотрим гиперболические арифметики и познакомимся с двойными числами, и немного используем их на практике, чтобы понять «Как работает формула Бине?»

6. Шестая часть завершит эту серию. Она расскажет о параболических арифметиках, в частности, о дуальных числах, которые позволят арифметике быть неточной. Кроме того, мы порассуждаем о том как вписать в нашу классификацию рациональные дроби.

Впрочем, поскольку материал рассчитан на старшеклассников или младшекурсников, изложение будет неспешным и основательным. В духе туториала или методического пособия.

Лента или лист Мëбиуса — верный друг всех адептов занимательной математики. Это неориентируемое гладкое двумерное многообразие можно без труда вложить в трёхмерное пространство, склеив из бумажной полоски, а потом эффектно разрезать на потеху публике. Но кого можно удивить лентой Мёбиуса на Хабре? Знаем, клеили, резали! Но всё же, я надеюсь подарить вам ещё несколько незаезженных топологических инсайтов на эту тему. Более того, в ней есть ещё что изучать, и я поделюсь с вами двумя относительно недавними исследованиями ленты Мёбиуса, опубликованными в 2010-м и 2014-х годах.

Предупреждение! Это практический пост. Предлагаемые эксперименты и наблюдения настоятельно рекомендуется провести самостоятельно, и очень желательно, — с детьми! Никакие картинки не дадут того опыта, который можно получить оперируя своими руками! А уж такой радости и подавно!

Математика может дарить красоту не только нашему уму, но и глазам. Сегодня я предлагаю полюбоваться красивыми картинками, получающимися, при соединении геометрии, теории групп и клеточных автоматов.

Красота генеративного искусства состоит не только в неожиданных и сложных образах, порождаемых простыми алгоритмами, но и в том, что их можно изучить, понять и объяснить. Как известно, объяснение способно убить шутку, но настоящую красоту внутренняя логика делает только богаче.

Сегодня я предлагаю вспомнить один старый и простой алгоритм, рисующий красивые картинки, который когда-то вовлёк меня в программирование и увлёк математикой. А заодно мы немного разберёмся в том почему картинки получаются именно такими.

Небольшой обзор систем контроля версий, альтернативных git, и основанных на математической теории. Речь пойдёт о двух системах распределённого контроля версий: Darcs, написанной на Haskell, и Pijul, написанной на Rust. Обе они сейчас активно развиваются и предлагают свои сетевые репозитории. Оказалось, что про них на Хабре толком нет ничего, тогда как про git образовался целый хаб. Поскольку я люблю и использую Haskell, я остановил свой выбор на Darcs, и вот, спустя два месяца непрерывной работы над библиотекой геометрической алгебры для hackage, я готов поделиться впечатлениями от её использования.

На уходящей неделе мне попалась симпатичная, хоть и не новая мини‑серия статей на Дзен‑канале @zdgzdgzdg про процедурную генерацию лабиринта методом «коллапса волновой функции». Пока я читал эти статьи и знакомился с кодом, меня осенило: ведь это же вычисления в комонаде, погружённые в монаду! Я не издеваюсь, действительно, речь идёт о композиции двух паттернов функционального программирования: комонады Zipper, превращающей локальные правила в глобальное состояние, и монады Random, позволяющей генерировать случайные объекты.

И вот, в качестве баловства на выходных, я решил реализовать этот «квантовый» алгоритм генерации лабиринтов на Haskell, используя и комонады и монады, и вообще, ни в чëм себе не отказывая. И хотя язык программирования Haskell нужен не только для извращений, но именно для них он подходит идеально!

Какие функции принято называть элементарными и почему? И при чём тут Ватсон? Разберёмся со всем по порядку. Обещаю, будет понятно и интересно, хоть и не совсем элементарно.

Когда я был школьником, то моим хобби была охота за функциями, для того чтобы рисовать на миллиметровке их графики, собирая своеобразную коллекцию. Тогда я был вооружён мощным оружием: калькулятором МК-52. До компьютера с графическим, а не текстовым дисплеем (ZX-Spectrum + домашний телевизор), нам всем ещё надо было дорасти, и мне, и доступным мне компьютерам.

В этой серии статей мы делаем видимыми и ощутимыми некоторые элементы теории хаоса. В предыдущих частях мы увидели каким образом рождается странный аттрактор в предельно простой гамильтоновой системе — шарике, прыгающем на подпружиненном столике. Эта система способна порождать и красивые картинки и не менее красивые объяснения этим картинкам. Сейчас мы внимательнее рассмотрим некоторые качественные и количественные характеристики странных аттракторов — показатели Ляпунова, спектральные характеристики, и корреляционную размерность.

Современная теория хаоса — это большая и хорошо разработанная область математики, уже прочно вошедшая в набор современных инструментов естествознания. Многие результаты теории динамического хаоса, такие как странные аттракторы, бифуркационные диаграммы, фрактальные области притяжения, разобраны популяризаторами математики на плакаты, мемы и открытки. В этой мини‑серии статей я хочу копнуть немного глубже стандартных введений и «альбомов» с симпатичными картинками и дать пример разбора одной несложной, но ещё не «заезженной» механической системы, которая демонстрирует механизмы возникновения хаоса в гамильтоновых системах.

Предупреждаю, в тексте достаточно много анимированных картинок и не очень много практической пользы :)

Откуда берëтся динамический хаос в простейших механических системах? Как его изучать? А это настоящий хаос или просто что-то очень сложное?

Я начинаю мини-серию статей, в которой мы будем понемногу знакомиться с элементами теории хаоса. За последние полвека сформировался набор классических примеров, кочующих из одного популярного введения в другое: аттрактор Лоренца, логистическое уравнение, двойной маятник, подкова Смэйла и т.п. Я, конечно, их упомяну, но мне бы хотелось показать что, кроме классики, есть хаотические системы, обойдённые вниманием, но, тем не менее, имеющие малую размерность и вполне ясные физические модели, при этом способные порождать красивые и сложные, примеры хаотического поведения, поддающиеся объяснению.

Это пример небольшого исследования, доступного студентам младших курсов, поэтому я позволю себе привести некоторые подробности анализа, которые искушённому читателю могут показаться излишними. Моя задача показать, что даже очень простые системы могут быть очень интересными, красивыми и доступными для глубокого анализа. И, конечно же, это повод показать симпатичные картинки, как правило, фрактальные. Ведь все же любят фракталы, верно? Ну, поехали!