相対性理論を学びたい人のために

まだ一度も相対性理論を勉強したことのない人は、何か一冊相対性理論の本を読みかじってみて、なぜこんなことが?という、疑問を持ってからこのブログに来てください。ブログの先頭に戻るには表題のロゴをクリックしてください

問題15,16(その2)

 現在2020年9月9日14時55分である。

麻友「太郎さん、月曜日(9月7日)も、昨日も、ポートへ行っているのね」

私「月曜日は、ポートへの交通費として、2千円受け取っていたから、行ったんだ。そのとき、火曜日に、絵画教室があるのが分かったので、申し込んできたんだ」

麻友「絵の才能の、全くない太郎さんが!?」

私「先月の絵画教室で、明らかに私が下手なのは、分かっていたんだけど、こんなの描いて、

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それなりに、楽しんだんだよね」

麻友「これ、花火よね」

私「そう。なるべく、放物線を描くように、引っ掻いたんだ」

麻友「まあ、これ見ただけで、太郎さんの絵の才能が全くないのは、先生も分かったでしょうね」

私「それで、翌月も行く、私もいい度胸なんだけど、今度は、こんなのを、描いた」

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麻友「ほうれん草と、お芋?」

私「珊瑚と貝なんだ」

麻友「サンゴ? 太郎さんの眼には、こう映ってるの?」

私「映ってないよ。だから、ゴッホだって、この間の『星月夜』の絵のようには、観えてなかったんだ。あくまでも、天文学で知った、渦巻き銀河を、描いたんだと思うよ」

麻友「統合失調症の本人の言葉だから、意味があるわね」

若菜「他のメンバーは、どんな絵だったのですか?」

私「まあ、人それぞれだけど、ほうれん草と間違われるような人は、いなかったよ」

結弦「才能がないって、どうしようも、ないんだね。お父さんが、数学のゲームを作っても、才能のない人には、面白くないんだろうなあ」

私「その点は、常に、考えている。小川洋子さんの、『博士の愛した数式』にしても、あの本の本当の面白さが、分からない人も少なからずいた」

小川洋子博士の愛した数式』(新潮文庫

博士の愛した数式 (新潮文庫)

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若菜「聞いてみたいです。あの小説の楽しみ方」

私「これを、聞いてしまうと、がっかりかも知れないが、あの小説に出て来る、博士は、整数論の研究者だ。整数論では、素数とか、メルセンヌ素数とか、色々名前が付いた、数がある。完全数というのも、そのひとつなのだが、小説を読んでいって、文系の人などは、完全数というものが、この小説で、重要らしいと気付いた段階で、『そうすると、この小説のオチは、完全数だな』と思うのだろう。さらに、かつての阪神タイガースの江夏(えなつ)の背番号が、完全数28だと分かった途端。『もう、最後は、分かった』と、思ってしまう」

若菜「それが、お父さんの読み方だと、どうなるのですか?」

私「数学で、完全数というものがあるのは、知っている。28は、完全数だろう。だけど、小説の筋が面白くて、読んでいる間、江夏の背番号が、完全数だったなんていうことは、忘れてしまっているのだ。そして、ハラハラドキドキの小説の最後で、


生涯で最も速い球を投げていた江夏だ。縦縞のユニフォームの肩越しに背番号が見える。完全数、28。


という結末を読んで。

『あっ、江夏の背番号、完全数だったんだ。面白い小説だったなあ』

と、感心する。それまで、この小説のオチがどうかなんて、考えもしなかった」

結弦「お父さんは、伏線が張ってあるとか、そういうことを、あまり考えず、読んだんだなあ」

私「前にも話したけど、博士の蔵書、『連続群論』、『代数的整数論』、『数論考究』、・・・、とある。ポントリャーギンの『連続群論』、高木貞治の『代数的整数論』、ガウス整数論』、だろうなと、察しが付く」

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代数的整数論 第2版

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私「シュバレー、ハミルトン、チューリング、ハーディー、ベイカー・・・。どれも、有名な数学者だ。伏線なんて考える暇もなく、筋が展開する」

若菜「お父さんの読み方が、数学の好きな人の、読み方なのですね。確かにそうならば、後味もスッキリですね」

麻友「でも、それを共有しろと言われても、ちょっとね」

私「数学ができる人って、頭が良さそうと思われる反面、ああはなれないと、初めから思われていたりもする。私が、なぜ、大江健三郎の『「新しい人」の方へ』という短編集の中の、『賞をもらわない九十九人』という短編が、素晴らしい、素晴らしい、というかというと、同じように文系で、数学では苦労した大江健三郎が、高校の頃のことを、思い出して、数学は出来るんだけど、国語があまりできない友達が、数学は出来ないんだけど、文学の分かる友達に、分からないところを、質問して、教えてもらう。逆もあるだろう。そして、その友情を、大人になってからも、持ち続けたら、社会は、良い方に向かうだろう。と、書いていて、共感を持ったからなのだ」

麻友「太郎さんは、文学のこと、本当に分からないの?」

私「文学どころか、好きな音楽だって、ほとんど分かってない。いつもの、デートで、分かっているでしょう」


若菜「取り敢えず、デートの話が出たところで、本当のデートに向けて、問題解きましょう」

私「分かった。麻友さん、あの問題、数字を当てはめて、解いてみた?」

麻友「これね。やってみたわよ」

 問題 13

 連立方程式

{\left\{
\begin{array}{l}
\displaystyle
ax+by=e\\
cx+dy=f\\
\end{array}
\right.
}

で、これを解くために、次の行列式という記号を、導入する。

{
\begin{vmatrix} a & b \\ c & d \end{vmatrix} =ad-bc
}

{a} から、斜めに {d} を掛けて、次に、逆の斜めに、{c}{b} を掛けるんだ。この左辺を、行列式というんだ」

麻友「それが、役に立つの?」

私「実は、この記号を定義してあると、上の連立方程式が与えられた場合、直ちに、

{\displaystyle x=\frac{\begin{vmatrix} e & b \\ f & d \end{vmatrix}}{\begin{vmatrix} a & b \\ c & d \end{vmatrix}} =\frac{ed-bf}{ad-bc}}

と、求まるんだ。{x} の列のところに、定数項を、当てはめるんだ」

麻友「じゃあ、{y} は?」

私「{y} のところを、置き換える。

{\displaystyle y=\frac{\begin{vmatrix} a & e \\ b & f \end{vmatrix}}{\begin{vmatrix} a & b \\ c & d \end{vmatrix}} =\frac{af-be}{ad-bc}}

麻友「それで、こうすると、どうなるの?」

私「連立2元一次方程式の必ず答えを出せる、一般解になってると、思わないかい?」

麻友「そう言えばそうだけど、具体的に試してみなきゃね」

私「それを、実際に試してみるのが、今日の問題だよ。

   (田村二郎『数学がみえてくる』(岩波書店)第8章より)




{\left\{
\begin{array}{l}
\displaystyle
3x+5y=2\\
7x+2y=5\\
\end{array}
\right.
}

としてみた。この公式に当てはめると、

{\displaystyle x=\frac{\begin{vmatrix} 2 & 5 \\ 5 & 2 \end{vmatrix}}{\begin{vmatrix} 3 & 5 \\ 7 & 2 \end{vmatrix}} =\frac{2 \cdot 2 -5 \cdot 5}{3 \cdot 2 - 7 \cdot 5}=\frac{4-25}{6-35}=\frac{-21}{-29}=\frac{21}{29}}


{\displaystyle y=\frac{\begin{vmatrix} 3 & 2 \\ 7 & 5 \end{vmatrix}}{\begin{vmatrix} 3 & 5 \\ 7 & 2 \end{vmatrix}} =\frac{3 \cdot 5-7 \cdot 2}{3 \cdot 2 -7 \cdot 5}=\frac{15-14}{6-35}=\frac{1}{-29}=-\frac{1}{29}}


となる。これを見ただけでは、正しい答えかどうか分からないから、元の連立方程式に、代入してみた。

{\displaystyle (x,y)=(\frac{21}{29},-\frac{1}{29})}

として、

{\displaystyle 3x+5y=3 \times \frac{21}{29}+5 \times \bigl(-\frac{1}{29}\bigr)=\frac{63}{29}-\frac{5}{29}=\frac{58}{29}=2}

と、答えが、合うのよ。もう一方も、

{\displaystyle 7x+2y=7 \times \frac{21}{29}+2 \times \bigl(-\frac{1}{29}\bigr)=\frac{147}{29}-\frac{2}{29}=\frac{145}{29}=5}

と、ドンピシャ。

 式の係数を、斜めに掛けて、反対の斜めは、引き算。後は、{x} のときは、{x} の方の係数のところを、定数項で、置き換える。{y} のときは、{y} の方の係数のところを、定数項で、置き換える。そして、割り算。これだけで、すべての連立方程式が、解けちゃう。太郎さん、中学のときから、こんな方法知ってたの?」


私「中学のときに、この本を読み終えていたかどうか、ちょっと分からないけど、横浜翠嵐にいたとき、こうやって連立方程式を解いたことは、覚えている」

麻友「まじめに、連立方程式解いてる人間が、馬鹿を見ちゃうわ」

私「ただね、この方法、それほど万能じゃないんだよね。今は、分母が {29} だったから、約分は途中なかったけど、行列式計算したら、分母も分子も大きくなって、約分するのが大変になったりする」

麻友「あっ、そうか。でも、こんな方法誰が、発見したの?」

私「日本人の関孝和(せき たかかず)だという説が、有力らしい。天保3年(1683)以前に書かれた文献に書いてあるという。西洋では、1693年にライプニッツが、ロピタールに宛てた手紙に書いたのが、最初だろうと思われていた。また、最初に発表したのは、クラーメルだとされていて、この公式は、クラーメルの公式と、呼ばれている」

麻友「ここにも、先取権争いの、臭いが、プンプンするわね」

私「確かにね。ところで、この方法で、上手く行かない場合が、あるのに、気付いた?」

麻友「分母が、ゼロになるときでしょう。そういう場合どうすれば良いか、聞こうと思ってた」

私「分母が、ゼロになるって、どういう場合だい?」

麻友「例えば、

{\left\{
\begin{array}{l}
\displaystyle
3x+5y=2\\
9x+15y=5\\
\end{array}
\right.
}


とか」

私「そうだね。確かに分母の行列式が、

{\displaystyle \begin{vmatrix} 3 & 5 \\ 9 & 15 \end{vmatrix}=0}


だものね。これじゃ、割り算できない」

麻友「この場合、普通の方法では、答え求まるのかしら」

私「やってごらん」

麻友「第1式の3倍を、第2式から引くと、あらっ?

{0=-1}

になっちゃった。こんなこと、人生で初めて。矛盾してるわよね、これ。数学って、矛盾してる?」

私「それを、見ただけで、矛盾している、だから数学は矛盾している。とするのは、あまりにも早計。自分が、矛盾を持ち込んでしまったのではないかと、疑ってみるべき」

麻友「矛盾を持ち込んだ? どういうこと?」

私「その連立方程式が、解けるなんて、誰が言ったの?」

麻友「この連立方程式、解けないのか。あっ、そういうことか、そういうことなのか、解けないんだ。解けると仮定したら、矛盾した。だから、解けないという結論が得られる。これは、背理法ではないのね。太郎さんが、NKとBGの要点で言っている、準背理法ね」

私「良く理解したね」


麻友「さっきのは、いつもの方法でも、解けなかった。これ以外に、2つの式が、まったく同じだったら?」

私「こういう場合だね」


{\left\{
\begin{array}{l}
\displaystyle
3x+5y=2\\
3x+5y=2\\
\end{array}
\right.
}


麻友「行列式が、全部ゼロになると思うのよ」

{\displaystyle \begin{vmatrix} 3 & 5 \\ 3 & 5 \end{vmatrix}=3 \cdot 5 - 3 \cdot 5=0}


{\displaystyle \begin{vmatrix} 2 & 5 \\ 2 & 5 \end{vmatrix}=2 \cdot 5 - 2 \cdot 5=0}


{\displaystyle \begin{vmatrix} 3 & 2 \\ 3 & 2 \end{vmatrix}=3 \cdot 2 - 3 \cdot 2=0}


麻友「ほらね」

私「その場合、普通の方法だと、どうなる?」

麻友「2つの式が、同じだから、結局、式は1本しかないのよ」

私「そうだね。その場合、唯一の1本の式を満たす、{x,y} は、すべて答えなんだよ」

麻友「{3x+5y=2} を満たす、{(x,y)} は、すべて、答えなんだ」

私「これで、2元1次連立方程式行列式による一般解の説明は、終わりだ。だが、行列式というのは、2かける2のものだけでなく、3かける3や、4かける4のものなど、開発されている。実は、『『数Ⅲ方式ガロアの理論』のガイドブック』で、問題になっている、ブリング/ジラードの標準形というのは、この何倍もの大きさのある、行列式を計算しようとする。楽しみにしてて」

麻友「分かったわ。もう22時12分だわ。土星の問題は、明日のお楽しみね」

私「連立方程式では、若菜と結弦には、見ていてもらっただけだったけど、明日は、参加してもらう。それでは、解散」

 現在2020年9月9日22時41分である。おしまい。