昨日今日明日

きのうを思い、きょうを実感し、あすに想いを馳せよう。
若年性或いは老人性痴呆症にならない為にもね?

songzhaoのボケ封じ数学講座第77講

2008年05月10日 | Weblog
 数学もコンピュータープログラムも所謂(いわゆる)『言語能力=国語能力』が求められる。民族・言語を越えて『言語』を駆使できるから、人足り得るのだと思います。

 今日は関数という概念をおさらいしたいと思います。皆で小学生時代の「良き日々に思いを馳せましょう。題して、「国語でする算数(数学)」とします。

 実は、関数という概念は小学生時代に学びます。例えば、

 和が一定:これを文字式で表わすと、x+y=kということになります(ただしxとyは変数kは定数)・・・これを変数yについて展開するとy=-x+kとなります。この関数を方眼紙上に投射せよといわれれば、大方の人は考えなくてもできると思います。

 差が一定:これを文字式で表わすと、x-y=kということになります・・・これを変数yについて展開するとy=x-kとなります。このグラフを書くことも説明を要さないぐらい簡単なことだと思います。

 いずれの場合もyとxは傾きはカレーとひらめの関係にありますが、y軸上で定数kだけ平行移動したものであることが分ります。(y=-xをマイナスの比例とすればy=xはプラスの比例という意味です。また定数kはy軸上を平行移動する値です)。

 積が一定:これを文字式で表わすと、x*y=kとなります。現在の学校教育では、変数yについて式を展開するのが常識となっていますので、y=k/xと表示することにになります。この形の数式をxとyは反比例の関係にあると言います。(私流に言えば面積一定の法則。定数kは担保される面積です)。

 商が一定:これを文字式で表わすと、y/x=kとなります。これをyについて展開すると、y=k*xとなります。この形の関数を比例或いは正比例と呼んでいます。(私流に表現すれば、相似の法則。この場合のkを比例定数といいます)。

 商が一定:・・・・で、前講でパラメーターという概念を学びましたが、x=X^2(xはXの2乗)というパラメーターを準備して、y/X^2=kとしてみます。これをyについて展開するとy=k*X^2となります。(これを、yはXの2乗に比例すると言います)・・・・ここで、比例定数kに1を与えてみると、y=X^2(面積yは一辺Xの正方形の面積に正比例する)という関数になります。kが2ならば、y=2*X^2となり、yは一辺Xの正方形の2倍に正比例すると言います。・・・・それなら、定数kがπのときこの関数はy=π*X^2と表記されます。・・・・一般的にこれを円の面積を求める公式と特別扱いしています。y=π*r^2(円の面積はπrの2乗といった具合です)。言い方を変えると何か別の発見をしたように感じるから不思議ですね。

 積が一定:・・・・y=k/x という反比例の関係にある変数x、yにおいて、xを閉じ込めた気体の体積、yを閉じ込めた気体の反発力とすれば、ボイル・シャルルの法則そのものです。

 ここで、x=x^2というパラメーターを考えると、この関数はy=k/X^2となります。この関数に対応する自然現象は数多あります。例えば、太陽という光源から地球は1495万キロメートル離れているといわれています。

 地球上での陽光の明るさを1とするとき、太陽から2278万キロメートル離れた火星での陽光は、地球上での明るさに比べてどれくらいの値になるのでしょうか。

 地球上での明るさを1としたのと同様に、太陽と地球の距離を1と仮定した比率を想定することが求められます。その算定方法は、太陽・火星間の距離を太陽・地球間の距離で割ればよいということです。
 その比率は、2278/1495≒1.52倍となります。これは地球上で1の面積にあたっている光が1.52倍の2乗の面積に広がることを意味しますから、明るさは、1/1.52^2≒0.42倍となります。

 また、太陽と金星との距離は1081万キロメートルといわれています。同様に金星での陽光の明るさを計算すると、地球と太陽の距離を1とするときの比率は、1081/1495≒0.723となり、1/0.723^2=1.91倍の明るさになることが分ります。

 2つのものが引き合う力(万有引力)、電気を帯びた粒子が、互いに反発し、或いは引き合う力、磁石が鉄を引きつける力(磁力)なども、皆距離の2乗に反比例する。

 ・・・・たかが面積計算、されど面積計算、自然界の根本原理の一つなんだろうと思います。