» «
גדילה מעריכית
מהי גדילה מעריכית או אקספוננציאלית?



אם ניקח שטרות כסף עשויי נייר ונניח אותם זה על זה, כשכל פעם אנו מכפילים את מספר השטרות שלפנינו פי שניים, נקבל כבר אחרי 42 הכפלות הר של שטרות, כה גבוה עד שיגיע מפני הקרקע של כדור הארץ ועד לירח - מרחק מדהים של 380 אלף קילומטרים!

המספר המדהים הזה נובע מהגידול המעריכי (Exponential growth). גידול מעריכי, גדילה אקספוננציאלית, גדילה מעריכית, צמיחה מעריכית, גידול גאומטרי, טור גאומטרי ועוד הרבה שמות דומים - כולם מייצגים קצב גידול תלול במיוחד, שגדל בהכפלות ומשום כך הוא מהיר במיוחד.

לגידול האקספוננציאלי יש דוגמאות רבות בטבע. מסתבר שאם לא יאיימו עליהם מחלות או טורפים, תגדל אוכלוסיית החיידקים גדילה מעריכית, שתחדול לגדול רק כשייגמרו חומרי המזון, או שתורעל מחומרי הפסולת שהיא תשאיר אחריה. באופן דומה יגדלו בגידול אקספוננציאלי גם אוכלוסיות של וירוסים שאין מולם חיסון, שמרים שהם פטריות ומתפתחים במהירות וחרקים שבבית הגידול שלהם יש מזון ואין איום עליהם.

גם בני אדם משתמשים בצמיחה מעריכית שכזו, במיזמים אנושיים שונים. "חוק מור" למשל, קבע שמהירות המחשבים מוכפלת כל שנה וחצי, מה שהופך את מהירותם לצומחת צמיחה אקספוננציאלית. כך גם מתנהגת ריבית דריבית, שנותנת החזר מעריכי למלווים, בתנאי כמובן שהתנאים נשארים קבועים, כולל שער הריבית.

משווקים בשיווק רב-שכבתי, כמו גם נוכלים ב"תרמיות פונזי" וב"משחקי פירמידה" - גם הם בונים את העיסקה על כך שכל מצטרף מגייס מספר אנשים, שיגייסו כל אחד כמה אחרים וכך הלאה. כך צומחת ההכנסה של כל משתתף, לא רק מרווחיו שלו, אלא גם מהמתגייסים שיצטרפו במורד השרשרת שמתחתיו - מגוייסיו, מגוייסיהם וכל מי שיגויס בהמשך.

בפיסיקה התגלה שבתגובת שרשרת גרעינית, שהיא הבסיס לכלי נשק גרעיני, פוגע כל גרעין אורניום שעבר ביקוע גרעיני, בגרעינים אחרים וגורם לביקועם, מה שיגרום לכל אחד מהם לפגוע בגרעינים אחרים ולבקעם וחוזר חלילה.


הנה סרטון מתורגם שמדגים את הגדילה המעריכית:

https://youtu.be/AmFMJC45f1Q


התחזית של מלתוס מסוף המאה ה-19 על התפוצצות עתידית של אוכלוסיית העולם:

http://youtu.be/vZVOU5bfHrM


יש מי שמסביר בעזרת הצמיחה המעריכית מדוע כדאי לבנות מסגרות פוליטיות "ללא כוכבים":

https://youtu.be/Exg6ZdUpvkw


ושיעור באקדמיית קאן על גדילה מעריכית:

https://youtu.be/VZTDP9MvqLw?long=yes
האורז על לוח השחמט
איך גרגרי אורז על לוח השחמט רוששו את המלך?



האם שאלתם את עצמכם פעם למה כדאי ללמוד מתמטיקה? - אם היה לכם ספק, אולי תסייע לכם האגדה שמסופרת בצורות שונות על ממציא משחק השחמט שהוזמן אל קיסר סין. הקיסר שאל מה ירצה כאות תודה על המשחק המופלא. לממציא השחמט הייתה בקשה מוזרה ודי צנועה: תן לי גרגרי אורז על משבצות לוח השחמט, כשבכל משבצת יש כמות כפולה של גרגרים מהקודמת לה - גרגיר אורז על המשבצת הראשונה, שני גרגירים על השנייה, ארבעה במשבצת השלישית וכן הלאה.

הקיסר, שהתרגל לבקשות גדולות יותר, שאל אם זה כל מה שירצה והממציא השיב לו בצניעות שדי לו בגרגירי האורז שביקש. ״כמה טיפש יכול אדם להיות...״ חשב ודאי הקיסר והסכים לבקשתו.

אבל מה גדול היה ההבדל שבין הקיסר הבור והממציא החכם. כל בעל ידע בסיסי במתימטיקה יזהה בחישוביו שהכמות של האורז שתונח על לוח השחמט היא בלתי נתפסת וגדלה באופן אקספוננציאלי, דוגמה מצוינת לגידול מעריכי בחשבון - מגרגר אחד ושני גרגרים במשבצות הראשונות תגדל הכמות לקילוגרם אורז במשבצת ה-15, טון אורז במשבצת ה-25, 1000 טון במשבצת ה-35 וכך הלאה.. במשבצת ה-55 יונח כל יבול האורז השנתי של העולם כולו ובמשבצת האחרונה תצטרך להיות כמות אורז שהיא גדולה מכל האורז שגדל אי-פעם בתולדות האדם!

אז אם יש לכם תכניות להמציא משהו גאוני והשליט שלכם הוא נדיב במיוחד, אולי כדאי לשקוד על לימודי המתמטיקה...


הנה סרטון שמספר על אגדת האורז ולוח השחמט:

http://youtu.be/t3d0Y-JpRRg


הנה סרטון נוסף שמסביר את הסיפור במונחים החשבוניים של הגדילה המעריכית:

http://youtu.be/D9DvjkMMULw
בלז פסקל
מי היה בלז פסקל?



כנער במאה ה-17, שרצה לבלות זמן רב יותר עם אביו העסוק בחישובי מיסים עבור מלך צרפת, הוא המציא מכונת חישוב מכנית שתקל על אביו את החישובים החשבוניים ותפנה לו זמן לשחק איתו - עם בנו, בלז פסקל (Blaise Pascal).

ואכן, גם כשגדל היה הצרפתי בְּלֶז פסקל איש מדע רב-תחומי פעיל ומבריק. הוא פעל כמתמטיקאי, פיזיקאי ופילוסוף. מי שכבר מילדותו התעניין במספרים ובחשבון, הצליח ללמד את עצמו את חוקי הגאומטריה ומצא פתרונות מקוריים לבעיות גאומטריות שחלקן העסיקו מתמטיקאים מבוגרים. כמי שהחל מוקדם, הוא גם מת מוקדם. בגיל 39 הוא סיים את חייו, ובכל זאת הספיק לא מעט.

פסקל השתמש בכל כשרונו המתמטי כדי לבנות את מכונת החישוב המכאנית, אולי הראשונה בהיסטוריה - מכונת ה"פסקלין". המכונה שפיתח כדי לסייע בחישובי המס של אביו, נציב מס מטעם המלך, הייתה גאונית לזמנה וידעה לבצע פעולות חיבור וחיסור באמצעות גלגלי שיניים.

במאה ה-20 ידעו ראשוני המחשב להוקיר אותו כשקראו על שמו את שפת התכנות "פסקל".

אבל פסקל המגוון לא עסק רק במכונות חישוב שהקדימו את זמנן. הוא גם ניסח את הבסיס לתורת ההסתברות, ביחד עם המתמטיקאי פרמה. תורת ההסתברות שיצרו השניים היא מיסודות המדע המודרני.


הנה סרטון על חייו של פסקל:

http://youtu.be/FBd137mrWtM


הנה סרטון שמתאר את המשולש של פסקל:

http://youtu.be/YUqHdxxdbyM
ג'ון נאש
מי היה המתמטיקאי שמחלת נפש לא הפריעה לו לזכות בפרס נובל?



ג'ון נאש הבן הוא מהאנשים המעניינים בעולם המדע. נאש הוא מתמטיקאי וכלכלן אמריקאי, שזכה בפרס נובל לכלכלה לשנת 1994 על מחקריו החדשניים בתורת המשחקים. הוא היה רק בן 20 כשהפרופסור שלו בפקולטה למתמטיקה באוניברסיטת פרינסטון כתב עליו "האיש הזה הוא גאון".

אבל נאש מעניין עוד יותר מגאונותו. בגיל 30 בערך הוא לקה במחלת נפש ודיבר אל דמויות שפחד מהן כמי שמסכנות את חייו. בסוף שנות ה-50 הוא אושפז בבית חולים לחולי נפש ושם אובחן כסובל מסכיזופרניה. הוא ניסה לקבל טיפול בבית חולים לחולי נפש באירופה, אך זה לא הצליח ועד 1970 הוא אושפז לסירוגין בבתי חולים שונים לחולי נפש.

בשנת 1970 חזרה אליו אשתו לאחר גירושין של שנים. הם חיו ביחד בידידות והיא תמכה במאמציו המדעיים בצד ההתמודדות עם מחלת הנפש הקשה שלו. היא חזרה להיות אשתו לכל דבר לאחר שנאש קיבל את פרס הנובל לכלכלה וב-2001 הם התחתנו בשנית.

סרט הקולנוע מעורר-ההשראה "נפלאות התבונה" שיצא ב-2001, זכה בארבעה פרסי אוסקר. בנוסף לו יצא הסרט התיעודי "שגעון מבריק", המתעד את סיפורו של נאש.

בסוף מאי 2015 הוא נספה בתאונת דרכים.


הנה סרטון על ג'ון נאש ועל תפקידו החשוב כמי שמדגים את היכולת לפעול עם מחלה נפשית:

http://youtu.be/z_eZOxJ3lKc


הנה הנאום של נאש בסרט הקולנוע, בסצנת הזכייה בפרס נובל לכלכלה:

http://youtu.be/tWkHrzf6YhQ


הנה כמה מילים שאמר נאש בראיון על העתיד שלו:

http://youtu.be/gtHwkdh8qLw

חשבון

רקורסיה
מהי רקורסיה?



רקורסיה היא קצת מורכבת להסבר אבל מאד פשוטה להבנה. מגדירים אותה כמיקוד של בעיה כללית אל בעיה "קטנה" יותר, אך זהה לזו המקורית. כך גם הגדרה רקורסיבית היא הגדרה שחייבת לפנות לאותה הגדרה, אבל בתנאים שונים. ותמיד יהיה שם תנאי עצירה, כדי שהרקורסיה לא תהיה אינסופית..

הגדרה אחרת לרקורסיה היא "הגדרת בעיה במונחים של עצמה".

רוצים דוגמה:
"אם הבנת מהי רקורסיה, חזור אל הדף ממנו הגעת. אם לא – קרא בדף זה מהי רקורסיה".

הדוגמה הזו מסבירה בדיוק את הרקורסיה, כי תנאי העצירה הוא "אם הבנת.." ואם לא אז חוזרים לאותה דוגמה כדי ללמוד מהי רקורסיה מחדש ולבסוף מבינים שהרקורסיה היא מה שאתה מתבקש לעשות..

גם מתכנתים משתמשים ברקורסיה והם מתארים פונקציה רקורסיבית כ"פונקציה שקוראת לעצמה". נכון היה יותר לומר שפונקציה כזו קוראת לעותק של עצמה. לרוב נותנים לרקורסיה כזו את הדוגמה של חישוב n-עצרת במתמטיקה (=מכפלת 1 כפול 2 כפול 3… עד כפול n).

ואגב, הנה משפט משעשע ונכון: "כדי להגדיר רקורסיה, קודם-כל צריך להגדיר רקורסיה.."


הנה סרטון שמדגים איך רקורסיה עובדת כשעושים בעזרתה גרפיקה ממוחשבת:

http://youtu.be/ghZKKaZkzrE


הנה כניסה פנימה לפרקטל - צורה גרפית שנקראת "משולש סירפינסקי" שנבנתה בפונקציה רקורסיבית:

http://youtu.be/P5EkdJRtF-4
מספר ראשוני
מהם המספרים הראשוניים?



מספר ראשוני (Prime number) הוא מספר טבעי, כלומר מספר שלם וחיובי, שמתחלק לרק בעצמו וב-1 ללא שארית. במילים אחרות, מספר ראשוני לא יכול להיות לעולם מכפלה של שני מספרים טבעיים שקטנים ממנו.

למעשה, המספרים הראשוניים הם אבני הבניין של כל המספרים, כי ממספרים ראשוניים ניתן להרכיב, על ידי פעולת כפל, כל מספר טבעי בעולם.

למספר ראשוני יש רק שני מחלקים, כלומר שכשהוא מתחלק בהם התוצאה היא מספר שלם: או המספר עצמו או 1.

המספרים הראשוניים הראשונים הם: 2, 3, 5, 7 וכן הלאה. מספרים טבעיים שאינם ראשוניים נקראים מספרים פריקים.

המספר 1 עצמו אינו ראשוני וגם לא פריק. המספר 2 הוא המספר הזוגי הראשוני היחיד שקיים. כל המספרים הזוגיים האחרים מתחלקים ב-2 ולכן הם מספרים פריקים.

הנה רשימה של 100 המספרים הראשוניים הראשונים:
2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47, 53, 59, 61, 67, 71, 73, 79, 83, 89, 97, 101, 103, 107, 109, 113, 127, 131, 137, 139, 149, 151, 157, 163, 167, 173, 179, 181, 191, 193, 197, 199, 211, 223, 227, 229, 233, 239, 241, 251, 257, 263, 269, 271, 277, 281, 283, 293, 307, 311, 313, 317, 331, 337, 347, 349, 353, 359, 367, 373, 379, 383, 389, 397, 401, 409, 419, 421, 431, 433, 439, 443, 449, 457, 461, 463, 467, 479, 487, 491, 499, 503, 509, 521, 523, 541


הנה עולם המספרים הראשוניים:

http://youtu.be/9pgA-H77BLc


כך מגלים את כל המספרים הראשוניים עד מספר מסוים:

http://youtu.be/V08g_lkKj6Q


כך אפשר ללמוד את זה:

http://youtu.be/Alm6SRglB5k?t=45s


הנה ההוכחה של אוקלידס היווני שקיימים אינסוף מספרים ראשוניים:

http://youtu.be/FDFcqaYe3F0


דיון על האינסופיות של המספרים הראשוניים:

http://youtu.be/ctC33JAV4FI
אלגוריתם
מהו אלגוריתם?



אם התפלאתם כיצד יודעים שירותים כמו ספוטיפיי או אפל מיוזיק להציע לכם שירים ואמנים שאינכם מכירים ולקלוע לטעם שלכם, או שנדהמתם מהסדרות והסרטים שנטפליקס מציע לכם לצפות בהם ומכמה שהם מתאימים לטעמכם, הרי שאתם מתפעלים מאלגוריתמים. אם אתם נדהמים מזה שאתם מוקפים בפייסבוק באנשים שחושבים כמוכם, או הפוך, ממש בדיוק הפוך מכם - אלה אלגוריתמים. זה העידן של האלגוריתמים, התוכנות שמנהלות לימוד מתמיד של הטעם שלכם, הדיעות שלכם, ההתנהגות, החיפושים בגוגל ומה לא - הכל כדי לשרת אתכם היטב. טוב, לגבי החלק האחרון לא בטוח שהוא מדויק... אולי נכון יותר לומר ש הכל כדי לשרת את הרווחים של התאגידים הללו ואת המשקיעים ובעלי המניות שלהם.

אבל רגע, מה הם אלגוריתמים בכלל?

אלגוריתם (Algorithm) הוא דרך שכוללת צעדים מדויקים לביצוע של משימה או לפתרון בעיה. אלגוריתם יהיה מוצג תמיד במספר סופי של צעדים לפתרון של בעיה. הוא תמיד יפתור אותה ובעיקר - הוא יחסוך את הצורך לפתור כל פעם בעיה מחדש. הוא פתרון כולל לבעיה שאותה הוא פותר.

רובנו מכירים מחיי היום-יום אלגוריתמים פשוטים כמו מתכונים למטבח (כן אדוני השף, מתכון הוא אלגוריתם פשוט וקלאסי שכולנו משתמשים בו, אפילו כדי להכין חביתה). גם הוראות לביצוע פעולות שונות או DIY מספרי "עשה זאת בעצמך" הם אלגוריתמים.

ועדיין, לרוב משתמשים במונח "אלגוריתם" כדי לכנות פתרון מתמטי או דרך לביצוע של משימה בעולם המחשבים ומערכות דיגיטליות מתקדמות. כמו התאמה לפי טעם אישי, מכירה מקוונת של מוצרים שאמזון מעריכה שסביר שתרצו לקנות, להציע לך שירים שכנראה יגרמו הנאה, או סרטים וסדרות כאלה, או חברים ופוסטים בפייסבוק שיגרמו לך להגיב ולהיות מעורב בדיון ועוד.

אז כן. האלגוריתם הוא רכיב תוכנה שנועד לייצר פעולה מסוימת וכשהוא מדויק לכיוון של ללמוד אותנו, המשתמשים בתוכנה, באתר, אפליקציה או שירות כלשהו, אז הוא כבר הופך למכונה לומדת - משהו שמתעקש ללמוד עלינו דברים שאפילו אנחנו לא יודעים על עצמנו. זה הכוח של הכלי הזה ואת הכוח הזה הוא מעביר לבעליו. כך יכולים התאגידים החזקים בעולם להתאים לנו פרסומות מטורגטות, שישמשו אותנו ולכן יכניסו להם סכומי כסף אדירים. כך הם יכולים לסחור בידע שהאלגוריתמים הללו הקנו להם עלינו, כדי להרוויח הרבה יותר משאי-פעם הרוויחו חברות תוכנה או שירותי אינטרנט.

אגב, ודאי יפתיע אתכם שהמילה הכל כך טרנדית ואופנתית הזו, "אלגוריתם", מקורה הוא משיבוש שמו של מוחמד אבן מוסא "אל-ח'ואריזמי", שהיה מתמטיקאי פרסי מהמאה ה-9.


הנה סרטון שמסביר בצורה פשוטה יחסית מהו אלגוריתם:

http://youtu.be/6hfOvs8pY1k


האלגוריתם הוא המלך בעולם המחשבים ולכן התכנות חייב להתחיל ממנו:

https://youtu.be/MRPpYX8SOA8



אלגוריתמים לפתרון הקוביה ההונגרית:

http://youtu.be/RQo8WoHQIz8


בחיוך מסוים - מסתבר שיש אלגוריתם אפילו לתרמילאים שרוצים לשרוד:

https://youtu.be/PQKOpvypN2Y


ותכנית חינוכית על אלגוריתמים:

https://youtu.be/nMJ8R9K9EQw?long=yes
מוחמד אבן מוסא אל-ח'ואריזמי
מי המציא את האלגוריתם?
מיהו ממציא האלגוריתם?


כל מי שהתחבר היום לאינטרנט ודאי יתעניין לדעת שחוקר ערבי מהמאה ה-9 הוא שהמציא את אחד הכלים החשובים בעידן המחשבים המודרניים של המאה ה-21. קראו לו מוחמד אבן מוסא אל-ח'ואריזמי (Muammad ibn Ms al-Khwrizm) והוא היה אחד מגדולי החוקרים במדע המוקדם. אמנם שפת אימו הייתה פרסית אך עבודתו המדעית נכתבה בערבית, שפת המדע בתקופתו. ספריו המתורגמים ללטינית היו מהמשפיעים והחשובים במדע האירופי וספר האלגברה שכתב היה מספרי הלימוד והמחקר החשובים באוניברסיטאות אירופה עד המאה ה-16.

המתמטיקאי, אסטרונום והגיאוגרף אל-חואריזמי נולד בשנת 780 בערך בעיר חיווה שבאוזבקיסטן של היום. משם עברה משפחתו להתגורר באזור בגדאד, שם פעל אל-ח'ואריזמי כל חייו ופרסם את רוב כתביו.

שיבוש שמו של אל-ח'ואריזמי בתרגום ללטינית הפך לאחד המושגים החשובים בתחום המחשבים המודרני - מושג האלגוריתם. הוא גם זה שפיתח את תורת האלגברה, עוד מילה שנולדה משיבוש שמו של ספרו "חיסאב אל-ג'אבר ואל-מוקאבלה" ("חשבון ההשלמה וההקבלה"). אל-ח'ואריזמי הוא שהפיץ את השימוש בספרה אפס ותרם בכך תרומה עצומה לשימוש בספרות המוכרות לנו כספרות החשבון, אלו הספרות ההודיות-ערביות שהחליפו את הספרות הרומיות.

כגיאוגרף פעיל הוא שכלל את מחקריו של תלמי היווני ויצר את מפת העולם הראשונה, בעזרת 70 גאוגרפים שעבדו תחתיו.

כאסטרונום חקר אל חואריזמי את האצטרולב ושעון השמש. לאות כבוד קראו על שמו את מכתש "אל-ח'ואריזמי" שעל הירח.


הנה סיפורו של ממציא האלגוריתם:

https://youtu.be/Ar7CNsJUm58


פייר דה פרמה
מי היה פייר דה פרמה?



פייר דה פרמה היה כנראה גדול חובבי המתמטיקה. הוא היה בכלל עורך דין ובמתמטיקה הוא עסק בתור תחביב. פרמה התפרסם בזכות עבודתו בתורת המספרים. בעיקר זכור "משפט פרמה" שטוען כי למשוואה מסוימת אין פתרונות שלמים שאינם אפס עבור המשתנים שלה. מתמטיקאים רבים ניסו במהלך השנים להוכיח את המשפט ורק בשנת 1994 הוא הוכח סופית.

פרמה ובלז פסקל הם שהניחו את היסודות לתורת ההסתברות. פרמה גם הניח עקרון בסיסי באופטיקה גיאומטרית, שקובע שהאור בוחר במסלול המהיר ביותר.



הנה סרטון על פרמה:

http://youtu.be/Ij01HGgxnkA




הנה תיאור ויזואלי למשפט האחרון של פרמה:

http://youtu.be/xG63O03lWZI
מי המתמטיקאי שהראה את חוסר השלמות של המתמטיקה?



הלוגיקן והמתמטיקאי יליד אוסטריה, קורט גדל, היה גאון ומגדולי הלוגיקאים. רבים רואים בו את גדול הלוגיקאים מאז אריסטו. התגלית הגדולה בקריירה שלו הייתה צמד "משפטי אי השלמות של גדל". בתפיסה כמעט רוחנית, הוא הצליח לחשוף בעיה שאין לה פתרון בהשלטת שיטה בחשיבה המתימטית. גדל ראה בכך הוכחה לקיומה של אמת נצחית, שבן האנוש יכול לתפוס רק את הקצה שלה, מבלי יכולת להכילה.

גדל היה גם חבר קרוב ביותר של אלברט איינשטיין בסוף חייו. על אף גאונותו, הוא נחשב תמהוני וסבל מפראנויה. זוהי מחלת נפש שגם תביא למותו, כתוצאה מתת-תזונה שנבעה מחשש שמנסים להרעילו ושהביאה לכך שהפסיק לאכול לחלוטין.


הנה סרטון קצר על תיאוריית חוסר השלמות של גדל:

http://youtu.be/xjT6x8yZvpY


והנה סרטון על קורט גדל, מי שכונה הלוגיקן הגדול ביותר מאז אריסטו:

http://youtu.be/B2DY8WvSOLU?t=21s
מה מקורו של סמל האינסוף?



סמל האינסוף הוא ∞. הוא נראה כ"ספרה 8 שוכבת" ולהיסטוריונים לא ברור מדוע הוא נבחר לייצג את מושג האינסוף החמקמק כל כך.

נראה שהסמל נבחר במאה ה-17, על ידי המתמטיקאי האנגלי ג'ון ואליס, שעסק בפיתוח החשבון הדיפרנציאלי והאינטגראלי.

מקור הרעיון לסמל זה לא ברור. אולי צורת הספרות הרומיות העתיקות CIƆ, שמסמנות את המספר 1000 שמשמעותו בתרבות הרומית "הרבה". סברה אחרת קושרת אותו לאות היוונית האחרונה, שסמל האינסוף מזכיר - אומגה ω. אחרים טוענים שצורת סמל האינסוף מזכירה את טבעת מביוס שאינה נגמרת (ראו באאוריקה בתגית "טבעת מביוס") והיא גם זו שנתנה לו את השם הלטיני "למינסקוס" (lemniscus) שפירושו רצועה.

יש גם הקושרים את סימן האינסוף לסמל הפגאני (האלילי) העתיק אורובורוס (Ouroboros), שהוא הנחש הבולע את זנבו. בתרבויות רבות סימן סמל האורובורוס מחזוריות אינסופית, שאומרת שהכל חוזר שוב ושוב ושום דבר לא מסתיים, אלא מתחיל מחדש..


אין סרטון על סמל האינסוף אז תירגעו:

http://youtu.be/zj4azK2DcK4


הרצאונת על האינסוף והסמל שלו:

http://youtu.be/mXnP7CtvC-A


וכינוס שלם בנושא:

http://youtu.be/KDCJZ81PwVM


מסתבר שסמל האינסוף הוא אמצעי מצויין להירגע:

http://youtu.be/cn7559OzYEs
מהו פאי?



הפאי הוא מספר אי רציונאלי, מציין את היחס בין היקף מעגל לקוטרו. זהו מספר מסתורי, שמתמטיקאים וחובבי מתמטיקה מוקסמים ממנו כבר דורות רבים. ערכו של פאי שווה בקירוב ל 3.14.

הפאי מסומן באות היוונית π. הבבלים, ממציאי הגלגל, גילו אותו כבר לפני ששת אלפים שנה. התגלית של התופעה המרתקת של פאי, הייתה שבכל גודל מעגל שהוא, תוצאת החילוק של היקף המעגל ברדיוס שלו תהיה תמיד אותו המספר. 4000 שנה אחריהם, הצליחו מדעני מצרים העתיקה להגיע לערך מקורב של פאי. ארכימדס היווני הציג לראשונה, כבר במאה ה-3 לפני הספירה, שיטה שמאפשרת לאמוד את π.

הראשון שהצליח לחשב את פיי בדיוק גבוה היה אויילר. פיתוח החשבון הדיפרנציאלי והאינטגרלי סייע לו מאד והוא חישב את פאי עד 153 ספרות אחרי הנקודה. כמו הרבה דברים שאויילר תרם למתמטיקה, הוא גם זה שהעניק לפיי את שמו.

כיום, בעידן המחשב, המתמטיקאים עובדים על אלגוריתמים ונוסחאות אלגנטיות לחישוב פאי. השיא שנקבע עד 2011 הוא של 10 טריליון ספרות אחרי הנקודה!


הנה סרטון על משמעותו של הפיי:

http://youtu.be/9a5vHXsUvUw?t=13s


והנה שיר לימודי באנגלית, להיכרות עם חישוב פאי:

http://youtu.be/eiHWHT_8WrE
מהם מגדלי האנוי?



מגדלי האנוי הם שם של חידה מפורסמת שהומצאה על ידי המתמטיקאי הצרפתי אדוארד לוקאס בשנת 1883. ב"מגדלי הנוי" נתון מגדל עם דיסקיות שהיקפן הולך ונעשה קטן ככל שהן עליונות (הרחבות למטה). מטרת החידה היא להעביר את כל המגדל בשלמותו לאחד משני העמודים הריקים שלידו. כמובן שיש להעביר את הדיסקיות במה שפחות צעדים וכמה שיותר מהר.

החידה משמשת ללימוד מתמטיקה ומדעי המחשב ולהמחשת מושגים כמו רקורסיה (ראו באאוריקה בתגית "רקורסיה"). עוד פרט מעניין - אם נסמן בנקודה כל מצב חוקי במשחק מגדלי האנוי, ונקשר בקווים את המצבים שבהם אפשר לעבור מאחד לשני, נקבל למול עינינו את גרף המשחק, בצורה של הפרקטל המוכר כ"משולש שרפינסקי".

אגב, לוקאס המציא גם אגדה שמדובר במקדש בראהמי שבו הכהנים מעבירים מגדל בן 64 דיסקיות. על פי האגדה שלו, כשיסיימו הכהנים את עבודתם, יגיע גם סוף העולם..


ישנם כללים להעברה:

א. בכל שלב תעבור רק דיסקית אחת מקום.

ב. אסור שיהיה מצב שדיסקית תהיה מונחת על דיסקית קטנה יותר.


הנה סרטון שמראה דרך לפתרון של חידת מגדלי האנוי:

http://youtu.be/BMkOBNZHcIs
מה זה ממוצע? ומהו חציון? ומה זה שכיח?



ממוצע, חציון ושכיח הם מספרים שמחושבים מתוך קבוצת מספרים:

הממוצע מתאר את "מרכז" קבוצת המספרים מבחינת גודלם. הוא המספר הדמיוני שכולם היו, אם הם היו שווים בגודלם.

החציון הוא המספר האמצעי בגודלו מבין קבוצת מספרים, כשהיא מסודרת לפי הסדר.

השכיח הוא המספר שניתן למצוא הכי הרבה בקבוצת מספרים.

אפילו שנראה אולי שמדובר בסתם עניינים של חישוב, ההבדלים בין המושגים הללו חשובים מאד. פעמים רבות מזכירים את הממוצע בהקשרים כלכליים. למשל כשמציינים שהשכר הממוצע במשק עלה. יש בכך נסיון לומר שאנשים מרוויחים שכר גבוה יותר, אבל מספיק שהמנהלים העלו את שכרם כדי "למשוך" את השכר הממוצע למעלה ולתת אשליה של עליה בשכר הכללי. מבט בחציון ייתן תמונה מדויקת יותר, כי שכרו של האדם האמצעי בין המשתכרים לא משתנה ומשקף טוב יותר את מצב השכר הכללי.


הנה סרטון עם "שיר הממוצע" שמסביר מהו הממוצע (Mean) והחציון (Median), שכיח (mode):

http://youtu.be/QH2obAPwfqk


הנה עוד שיר שמלמד את המושגים הללו:

http://youtu.be/uydzT_WiRz4


הנה סרטון שמסביר את ההבדלים ביניהם מתמטית:

http://youtu.be/onSebaCChTg


הנה סרטון שמסביר כמה הממוצע הוא דבר מטעה וכמה כדאי להכיר את החציון למשל:

http://youtu.be/cKHAfiqHwZc
מהם פרקטלים?



הפרקטל הוא צורה שככל שנביט בה קרוב יותר, נראה את אותה הצורה חוזרת על עצמה בכל קנה מידה. זוהי צורה גאומטרית שמורכבת פנימה, שוב ושוב, מעותקים של עצמה, מוקטנים יותר ויותר. ככל שנתבונן לתוך חלקי הפרקטל, נראה שם תמיד חלקים הדומים לו, כך שכל פרט זעיר בצורה, דומה לצורה המקורית והגדולה ביותר.

בגרפיקה ממוחשבת עושים המון שימוש בפרקטלים. הסיבה היא שנוסחאות מתמטיות קלות יחסית מאפשרות ליצור הרים ומרקמים מורכבים ליצירה בצורה אחרת. גם בפיזיקה משתמשים בפרקטלים למחקרים על תורת הכאוס וכדומה.

בטבע אפשר לראות מבנים שונים שדומים לפרקטלים. מבנים בטבע כמו צורת הכרובית, מבנה העורקים של העלה, התפצלות כלי הדם בגוף, פתית שלג או צורת קו חוף (במיוחד של הפיורדים בנורווגיה) - כל אלה מזכירים מאד את הפרקטלים ומראים שבטבע יש שיטה גם בדברים שאינם מובנים בצורה מתמטית.


הנה סרטון הסבר למושג הפרקטל:

http://youtu.be/Tm0U2VxFd8Q


הנה הסבר מילולי על הפרקטלים - מהתבניות היותר מעניינות שבטבע:

http://youtu.be/ofA2tBvcbhw?t=3m38s


הנה המתמטיקה של הפרקטלים בסרט מקסים (ומתורגם) לפי הז׳אנר של הסרט האפל:

https://youtu.be/0C75vRVL5lE


הפרקטלים שבטבע:

https://youtu.be/XwWyTts06tU


ועוד פרקטלים בטבע:

https://youtu.be/dZM45mfJQ40


ולהדגמת הרקורסיה הפשוטה, הנה משולש סרפינסקי שלא נגמר:

http://youtu.be/QsMvoui5WlQ?t=10s
מהו האינסוף ומי גילה אותו?



אינסוף הוא מספר שהוא כה גדול, עד שאין אפשרות למדוד אותו. הוא מסומן בסימן המזכיר את הספרה 8 שוכבת.

בחלל אנו אומרים שהמרחק אל קצה היקום הוא אינסופי, לא בגלל שאנו יודעים שאין ליקום סוף, אלא מפני שלא נראה שאי-פעם נוכל למדוד אותו.

במתמטיקה יכול האינסוף (Infinity) להיות גם גודל של קבוצה שאינה סופית, שאין לה סוף, כמו למשל מספר הספרות שאחרי הנקודה במספר פיי, שמתחיל ב-3.14159 ונמשך עוד ועוד, ברצף של מספרים ללא סוף...

האינסוף המתמטי יכול גם לתאר משהו שמשמעותו היא "כמה שנרצה", כרצוננו.


הנה דיון על היקום ה"אינסופי":

https://youtu.be/dG1JpC5jels


כמה גדול הוא האינסוף (מתורגם)?

https://youtu.be/UPA3bwVVzGI


הנה הסבר באנגלית על האינסוף:

https://youtu.be/45pTq0ADz6o


הסבר מתקדם על האינסוף במתמטיקה:

https://youtu.be/JJvv2HbXAd0


הרצאה ממש מלומדת על האינסוף:

https://youtu.be/bOC07fLNEhk


ודיון מעט ארוך על האינסוף ומה שאחריו:

https://youtu.be/SrU9YDoXE88?long=yes
מהו המספר גוגול?



לא שחסרים מספרים גדולים במתמטיקה, אבל המפורסם שבמספרים הגדולים הוא ללא ספק הגוגול (Googol). גוגול הוא המספר שהיה ההשראה לשם שבחרו מקימי חברת האינטרנט גוגל, אחת החברות המצליחות בכל הזמנים, לחברה שהקימו. אבל אפילו הרווחים האדירים של חברת האינטרנט "גוגל" לא מתקרבים אליו.. גוגול הוא 10100 (10 בחזקת 100) והוא נכתב כ-1 עם מאה אפסים.

השם "גוגול" הוצע למספר העצום על ידי האחיין בן ה-9 של המתמטיקאי אדוארד קסנר. קסנר רצה להמחיש מספר גדול באמת לתלמידי המתמטיקה שלו ונדרש לשם "חיבה" בשבילו. הוא הצליח - כיום כל תלמיד מתמטיקה מכיר אותו.

רוצים לדעת כמה גדול הוא הגוגול? - דמיינו שאם נספור את כל האטומים הקיימים ביקום כולו המספר גוגול עדיין יהיה גדול מהם, זאת מכיוון שעל פי הערכות המדענים מספר האטומים שביקום כולו הוא כ- 1080

מיד אחרי שקנסר ואחיינו הגדירו את הגוגל הם הגדירו גם את המספר גוגלפלקס (Googolplex). המוגדר כספרה 1 ואחריה Googole אפסים. ניתן להציג אותו בצורה מתמטית גם כך 10googol או כך 10 (10100).


הנה המדען הגאון קרל סגן מראה בצורה ברורה כמה עצום גודלם של המספרים גוגול וגוגולפלקס:

https://youtu.be/0lFQOmb6mVs


סרטון נוסף על המספרים גוגול וגוגולפלקס:

https://youtu.be/8GEebx72-qs


ואפשר פשוט לשיר את גוגול והוא יירשם מעצמו:

https://youtu.be/5JOAoiX1LHA


מהי הסתברות?



אי-ודאות היא אחד הדברים שמלווים אותנו בחיים. לא פעם אנו חשים בחוסר וודאות, מכיוון שאין לנו יכולת לחזות את מזג האוויר, תוצאות של אירועי ספורט, או תוצאות של בחירות. למצבים כאלו יש כלי שיכול לסייע - הִסְתַּבְּרוּת (Probability).

הסתברות היא מושג מתמטי שמבטא את הסבירות שמאורע מסוים יתרחש. לעיתים יש לנו מושג מה סביר שיקרה, גם אם איננו יודעים בודאות מה יקרה. תורת ההסתברות מכמתת את "הסביר" ומודדת אותו באופן מדויק.

מדידת הסתברות של מאורע מסוים היא בסקאלה שבין 0 ל־1. מאורע בלתי אפשרי מקבל הסתברות 0, בעוד הסתברות 1 ניתנת למאורע שיש ודאות מוחלטת שיקרה. לעיתים קורה שמשתמשים באחוזים, בין 0% ל־100%, כדי לבטא הסתברות.

היסטורית יש להסתברות עבר ארוך. עוד במאה ה-16 עסקו בחישובי הסתברויות. מאז הלך הענף הזה במתמטיקה והתפתח, כשהשימוש בו מסייע בתחומי הכלכלה, העסקים, ההימורים ועוד. כך למשל קובעות חברות ביטוח את מחיר ביטוח החיים על פי ההסתברות שהמבוטח ייפגע או ימות במהלך תקופת הביטוח. חזאי מזג אוויר בוחנים את ההסתברות לגשם, בכדי להציע תחזית אמינה. מהמרים נעזרים בחישובים כדי לדעת את הסיכויים שיזכו בהגרלות או משחקים וכך הלאה.


הנה סרטון (מתורגם) על הדרך שבה ניתן לראות הסתברות:

https://youtu.be/Kgudt4PXs28


והדגמת ההסתברות דרך ניחושים (מתורגם):

https://youtu.be/3V2omKRX9gc
מי פתר את חידת גשרי קניגסברג?



המתמטיקאי החשוב ביותר של המאה ה-18 היה לאונרד אוֹילֶר השווייצרי, שאת רוב חייו בילה ברוסיה ובגרמניה. עם 886 ספרים ומאמרים שפרסם בחייו, חלק גדול מהם בשנים שבהן סבל מעיוורון, הוא נחשב מהפוריים שבמתמטיקאים.

אוילר תרם תרומה מכרעת לתחומים רבים ומגוונים במתמטיקה. הוא גם היה זה שהכניס לשימוש סימנים מתמטיים רבים שמקובלים כיום, כמו למשל, בקביעת האות היוונית פיי לסימון היחס בין הקף של מעגל לקוטר שלו. אוילר הוא גם המייסד של תורת הגרפים, שחשיבותה בחייו לא נראתה אולי גדולה מדי, אך בעידן המודרני יש לגרפים חשיבות רבה וכמעט אי-אפשר לראות התנהלות מדעית, הנדסית וכלכלית ללא הגרפים שמציגים רעיונות ותהליכים כל כך טוב.

חידת גשרי קניגסברג היא חידה שבה יש מערכת גשרים (בעיר אמיתית, אגב) שבה רצה אוילר למצוא מסלול שעובר בכל הגשרים ופעם אחת בלבד בכל גשר.


הנה סרטון שמציג את בעיית גשרי קניגסברג:

https://youtu.be/nZwSo4vfw6c


הנה קביעתו החכמה של אוילר לגבי פתרונה:

http://youtu.be/-LqxT1SMgR0?t=3m13s


הנה ייצוג של בעיית הגשרים של קניגסברג בסרטון:

http://youtu.be/2qBZ1-9VuLA


הנה סרטון קצר על לאונרד אוילר:

http://youtu.be/Ty6ejK1rAkg
מי המציאו את ספרות החשבון?
איך הגיעו הספרות הערביות לחשבון בכל העולם?
מי הביא את ספרות החשבון הערביות למערב?


מה מקורם של עשרת הסימנים (9,8,7,6,5,4,3,2,1,0) המוכרים כל כך בחשבון?
האם הן ספרות ערביות, כמו שמכנים אותן לא פעם?

ובכן, ספרות החשבון שהן כה חשובות במתמטיקה העולמית, נקראות כיום ספרות הודיות-ערביות או הינדו-ערביות. השיטה העשרונית היא עתיקה מאד ומופיעה אפילו בתנ"ך, אבל את ספרות החשבון ואת שיטת הספירה שבהן משתמש העולם כולו אנו חבים להודים. הם גם היו הראשונים שהקצו סימן למספר אפס. שיטת סימון הספרות ההודיות חוללה מהפכה בחישובים המתמטיים ואפשרה לראשונה חישובים במספרים גדולים מאד. החידוש בשיטת הספרות הזו היה הייצוג של המספרים על ידי מיקומה של הספרה, מיחידות ועשרות, מאות, אלפים וכן הלאה.. עובדה זו פישטה את השימוש במספרים וקידמה את המתמטיקה באופן משמעותי.

מההודים למדו את הספרות הללו מתמטיקאים ומדענים ערביים. ספר בערבית שפרסם במאה ה-8 המתמטיקאי הפרסי הנודע וממציא האלגוריתם מוחמד אבן מוסא אל-ח'ואריזמי, הביא לאימוץ ספרות החשבון ההודיות באופן משמעותי בידי הערבים. ח'ואריזמי היה זה שהכניסה לשימוש בעולם המדע הערבי, המדע המתקדם ביותר של ימי הביניים. הוא גם הטמיע את ספרת האפס, שהפכה להיות מהחשובות והשימושיות במתמטיקה העשרונית ובמדע.

כ-300 שנה לאחר מכן, כשכבשו במאה ה-11 המורים (ערבים מצפון אפריקה) את ספרד, הם הביאו את הספרות לאירופה. בתחילת המאה ה-13 השתמש בהן המתמטיקאי האיטלקי הידוע לאונרדו פיבונאצ'י ב"ספר החשבונייה" (Liber abbaci) שפירסם. כך, בדיוק בשלב שבו אירופה הופכת למרכז מדעי ותרבותי, יהיה זה פיבונאצ'י שיפיץ את הספרות ההודיות ערביות לשימוש באירופה ובכך ידחוף להחלפה סופית של הספרות הרומיות, המיושנות והלא יעילות לחישובים מורכבים. ובכך הם יהפכו לספרות החשבון שבהן משתמשים בעולם כולו עד היום.

כדי להבין את גודל החידוש בשיטת הספירה ההינדו-ערבית, המייחסת משמעות למיקום הספרה במספר, נשווה אותה לשיטת הספירה הרומית שהייתה פופולרית ביותר בעולם באותה התקופה.
השיטה הרומית התבססה על עיקרון ההקבצה לפיו יש לחבר את הספרות המוצגות לקבלת המספר הסופי, בשיטה זו למיקום הספרות אין השפעה על המספר עצמו. לדוגמא בספרות רומיות המספר 18 נכתב כך: XVIII. האות X - מייצגת את המספר 10. האות V - מייצגת את המספר 5. והאות I - מייצגת את המספר 1. שיטת ההקבצה משמעותה שהמספר XVIII מיוצג על ידי חיבור הספרות X+V+I+I+I, כלומר, 10+5+1+1+1, ותוצאת חיבור הספרות היא המספר המיוצג ובמקרה שלנו - 18.

ישנן כמה בעיות בשיטת הספרות הרומית, אחת מהם היא שהיא מקשה מאוד על שימוש במספרים גדולים, לדוגמא המספר 1888 יכתב בספרות רומיות כ-MDCCCLXXXVIII. לעומת זאת בשיטת הספירה ההינדו-ערבית, הספרות מקבלות משקל שונה בגלל המיקום שלהם. ספרה במיקום 2 תקבל אפס אחד נוסף, ספרה במיקום 3 תקבל 2 אפסים, ספרה במיקום 4 תקבל 3 אפסים וכן הלאה. לדוגמא הסימון 1888 משמעותו בעצם 1000+800+80+8. ומובן מדוע השימוש בספרות ההודיות-ערביות, מבוססות המיקום, נוח יותר להבנה, לכתיבה ולביצוע חישובים מתמטיים, בהשוואה לשיטה הרומית.


הנה סרטון שמספר על הספרות ההודיות-ערביות:

http://youtu.be/gulApUKih2w?t=1m34s


תרומתו של פיבונאצ'י:

http://youtu.be/03uC9bhX0Rc


מצגת וידאו שמלמדת על הספרות ההודיות-ערביות:

http://youtu.be/gs4DCei79N8


והסבר להיגיון שבספרות, כשבכל אחת יש את מספר הזוויות שהיא מציינת:

http://youtu.be/XvekfZ0uTpc


תולדות החשבון או ההיסטוריה של המתמטיקה, שמראה את חשיבותן בהתפתחות המדע הזה:

http://youtu.be/cy-8lPVKLIo
מה תרם למדע טיכו ברהה?



טיכו ברהה (Tycho Brahe) היה מלומד ואסטרונום דני מהמאה ה-16, שהיה אחרון האסטרונומים הגדולים שצפו בכוכבים בעין בלתי מזוינת, בעידן שלפני המצאת הטלסקופ. ברהה היה המדויק ביותר מבין האסטרונומים שלפני עידן הטלסקופ ואחד מהמדענים החשובים שתרמו למהפכה המדעית.

בנערותו ראה ברהה, בן אצילים, ליקוי לבנה. הליקוי התרחש לפי תחזיות האסטרונומים וטיכו כל כך התרשם ממנו, עד שהחליט להיות אסטרונום. בני משפחתו התנגדו, שכן טענו שלא יאה שבן אצילים כמוהו יעסוק במדע. הוא נשלח ללמוד משפטים, אבל המשיך ללמוד ולעסוק באסטרונומיה בסתר. בעת לימודיו באוניברסיטה השתתף ברהה בדו-קרב עם אציל אחר ואיבד בקרב את אפו. לאורך כל חייו הלך מאז, עם אף תותב ודבק ששימש להדביקו לפניו.

כוכבו של ברהה דרך לאחר שהוא מצא כוכב חדש והוכיח ש"הספירות השמימיות" משתנות, בניגוד למחשבה המקובלת עד אז, לפי התיאוריה האריסטוטלית השלטת, שאין שינויים בכוכבים. תגלית זו של ברהה, שגם קבע את המונח "נובה" לכוכב חדש, הכתה את העולם המדעי בשוק והפכה אותו לגמרי. הנובה של 1572 הוכיחה שעולם הכוכבים הקבועים משתנה ועוד איך. הברנש הדני הפך לאסטרונום בעל שם וזכה מעתה ליוקרה רבה.

מחקריו ותמיכת הפטרונים שלו הפכו את ברהה לאדם עשיר ומבוסס בתקופתו. הוא ביצע תצפיות מדויקות בכוכבי הלכת. את ממצאיו המשיך לחקור, אחרי מותו, עוזרו יוהנס קפלר, שיהפוך לאסטרונום ידוע גם הוא. קפלר גילה מהתצפיות של ברהה תגליות מרתקות, כמו זו שכוכבי הלכת מקיפים את השמש במסלול שצורתו אליפסה ולא עיגול, כמו שחשבו החוקרים לפניו.

לפי עדות קפלר, עוזרו הנאמן, מילותיו האחרונות של ברהה היו: "לא חייתי לשווא".


הנה סיפורו של טיכו ברהה:

https://youtu.be/7QDvKzY4aqA


וסקירה על חייו ותגליותיו של טיכו ברהה:

https://youtu.be/H4tZ9tyd_MM


מצגת וידאו על דמותו:

https://youtu.be/PPq9Tgshuro
מהי השיטה הבינארית?
האם החלל הוא אינסופי?
מי היה המתמטיקאי קרל פרידריך גאוס?
מהו משולש סירפינסקי?
מיהו ממציא המחשב המודרני אלן טיורינג?


אֵאוּרִיקַה - האנציקלופדיה של הסקרנות!

העולם הוא צבעוני ומופלא, אאוריקה כאן בשביל שתגלו אותו...

אלפי נושאים, תמונות וסרטונים, מפתיעים, מסקרנים וממוקדים.

ניתן לנווט בין הפריטים במגע, בעכבר, בגלגלת, או במקשי המקלדת

בואו לגלות, לחקור, ולקבל השראה!

אֵאוּרִיקַה - האנציקלופדיה של הסקרנות!

שלום,
נראה שכבר הכרתם את אאוריקה. בטח כבר גיליתם כאן דברים מדהימים, אולי כבר שאלתם שאלות וקיבלתם תשובות טובות.
נשמח לראות משהו מכם בספר האורחים שלנו: איזו מילה טובה, חוות דעת, עצה חכמה לשיפור או כל מה שיש לכם לספר לנו על אאוריקה, כפי שאתם חווים אותה.