Featured image of post BetterExplained - часть 2 - Арифметика

BetterExplained - часть 2 - Арифметика

Числа (N, Z, Q, R), их свойства и отношения, операции + и −× и /\(a^{b}\) и \(\sqrt[n]{a}\)

Ментальные трюки

60 км/ч — это 1 км в минуту

60 км/ч — это 1 км в минуту

Время реакции водителя (заметил → принял решение → начал действовать) ~ 1 сек.

Значит, если препятствие возникает ближе 16 метров (при 60 км/ч), то вероятно, что сделать ничего уже не получится. А если скорость в три раза больше, то какое расстояние является критическим?

1 year = 250 work days = 2000 work hours

1 year = 250 work days = 2000 work hours

Т.е. если на дорогу вы тратите 1 ч в день (полчаса в одну сторону), то в год вы тратите на дорогу 250 часов.

Правило 72: удвоение за годы = 72 / процентная ставка

Правило 72: удвоение за годы = 72 / процентная ставка

Хотите увеличить инвестиции на 10% годовых? Они удвоятся за 7,2 года.

Хотите, чтобы ваши инвестиции удвоились за 5 лет? Вам нужна процентная ставка 72/5 или около 15%.

Вы можете использовать это правило в течение любого периода времени, а не только в течение нескольких лет.

Инфляция составляет 4%? Это уменьшит ваши деньги вдвое за 72/4 или 18 лет.

Устный счёт

Устный счёт

10 000 = сто сотен

миллион = тысяча тысяч

миллиард = тысяча миллионов

триллион = миллион миллионов

1% от 10 тыс. — это 100. Индекс Dow примерно 10 тыс. (сейчас около 12 тыс.). Если Dow падает на 100, это примерно потеря 1%.

Чему равно 5 тыс. × 50 тыс.? Это 250 × тысяча × тысяча, или 250 миллионов.

Визуализация чисел

Визуализация чисел

12 дней = 1 миллион секунд

1 год = 31 миллион секунд (примерно π × 10 миллионов)

30 лет = 1 миллиард секунд

30 000 лет = 1 триллион секунд

Одна «часть на миллион» — точность 1 секунды за 12 дней. Одна «часть на триллион» — точность 1 секунды за 30 000 лет.

a% от b = b% от a

a% от b = b% от a

С первого взгляда неочевидно, но это верно: a% от b = 0,01 × a × b — то же самое, что b% от a (0,01 × b × a).

Чему равно 16% от 25? Тому же, что 25% от 16: 4.

Чему равно 43% от 200? Тому же, что 200% от 43: 86.

Подсчет суммы от 1 до n

Нам обычно просто дают формулу и говорят запомнить

Нам обычно просто дают формулу и говорят запомнить
\[ \text{Сумма от 1 до } n = \frac{n(n+1)}{2} \] \[ \text{Сумма от 1 до 100} = \frac{100(100+1)}{2} = (50)(101) = 5050 \]

Но чтобы добиться интуиции и понять её, надо вывести эту формулу самому.

Ниже — четыре техники выведения.

1) Делим массив пополам и складываем парами

1) Делим массив пополам и складываем парами
 1   2   3   4   5
10   9   8   7   6

Каждая вертикальная пара даёт одну и ту же сумму: \(1 + 10 = 2 + 9 = \ldots = n + 1\). Пар ровно \(\frac{n}{2}\).

\[ \text{Число пар} \times \text{сумма каждой пары} = \frac{n}{2}(n+1) = \frac{n(n+1)}{2} \]

2) Два ряда чисел

2) Два ряда чисел
 1   2   3   4   5   6   7   8   9  10
10   9   8   7   6   5   4   3   2   1

Складываем оба ряда: в каждом столбце снова \(n + 1\), столбцов \(n\) штук — итого:

\[ \text{Сумма двух рядов} = n(n+1) \]

Нужна сумма одного ряда, поэтому делим на 2:

\[ \frac{n(n+1)}{2} \]

3) Представить треугольник

3) Представить треугольник
x
x x
x x x
x x x x
x x x x x

\(n\) строк, в \(k\)-й строке \(k\) «клеток» — всего \(1 + 2 + \ldots + n\) единиц. Представьте, что складываете два таких треугольника «зуб к зубу» и получаете прямоугольник. Формулу постройте сами из этой картинки.

4) Через среднее — самая интересная, на мой взгляд

4) Через среднее — самая интересная, на мой взгляд

Все знают:

\[ \text{среднее} = \frac{\text{сумма}}{\text{число элементов}} \]

Перепишем:

\[ \text{сумма} = \text{среднее} \times \text{число элементов} \]

Для ряда \(1, 2, \ldots, n\) среднее можно взять «на глаз» — из центра ряда: это \(\frac{n+1}{2}\). Элементов \(n\) штук, значит:

\[ \text{сумма} = \frac{n+1}{2} \cdot n = \frac{n(n+1)}{2} \]

Для \(1 \ldots 100\): среднее \(\approx 50{,}5\), сумма \(50{,}5 \times 100 = 5050\).

Визуальная арифметика

Любая операция — трансформация

Любая операция — трансформация

Любая операция — это трансформация. В реальном мире есть то, что мы хотим сдвинуть, сплющить и растянуть — арифметика как раз даёт инструменты, чтобы это смоделировать.

Сложение даёт инструменты для:

Сложение даёт инструменты для:
  1. накопление — подсчёт количества (сумма покупки)
  2. сдвиг — перемещаем метку по шкале (температура)
  3. комбинация — получаем новую величину из двух разных (звуковая волна)

Умножение даёт инструменты для:

Умножение даёт инструменты для:
  1. повторение — несколько сложений подряд
  2. масштабирование — число растёт или сжимается сразу целиком

Отрицательные и обратные величины

Отрицательные и обратные величины
  1. умножить на 1/2: прибыль 1 превращается в прибыль 1/2 («unscale»)
  2. умножить на −2: прибыль 1 превращается в убыток 2 («инверсировать»)

Деление даёт инструменты для:

Деление даёт инструменты для:
  1. доля (\(a/b\)) — сколько взяли от целого: съели \(3/8\) пиццы, бак заполнен на \(2/5\)
  2. разбиение (\(a \div b\)) — сколько кучек по \(b\) в \(a\): \(12 \div 3\) → 4 кучки по 3
  3. обратное масштабированию — умножили на 3 → делим на 3, возвращаем исходное

Дробь смотрит на часть целого, деление — на сколько раз уместилось.

Степень и корень дают инструменты для:

Степень и корень дают инструменты для:
  1. повторение умножения — \(2^3 = 2 \times 2 \times 2\)
  2. рост по измерениям — длина \(\times 2\) → площадь \(\times 4\) (\(n=2\)), объём \(\times 8\) (\(n=3\))
  3. корень — обратная степень: \(2^3 = 8 \Leftrightarrow \sqrt[3]{8} = 2\); запись \(a^{1/n}\) связывает \(\sqrt[n]{a}\) и \(a^n\)

\(a^n\) и \(\sqrt[n]{a}\) — не путать «обратное»

\(a^n\) и \(\sqrt[n]{a}\) — не путать «обратное»
  1. \(a^{-n}\) — «инверсировать» рост: не 8, а \(1/8\)
  2. \(a^{1/n}\) — «unscale» по степени: от 8 вернуться к 2, не меняя знак
Создано при помощи Hugo
Тема Stack, дизайн Jimmy