Пафнутий львович чебышев работы которых сделали возможным появление компьютеров
Обновлено: 07.07.2024
Чебышев Пафнутий Львович
ЧЕБЫШЕВ Пафнутий Львович (1821-94), российский математик, создатель петербургской научной школы, академик Петербургской АН (1856). Для творчества Чебышева характерно разнообразие областей исследования, умение достигать элементарными средствами фундаментальных результатов, стремление связать проблемы математики с принципиальными вопросами естествознания и техники. Многие открытия Чебышева обусловлены прикладными исследованиями, главным образом в теории механизмов. Создал теорию наилучшего приближения функций с помощью многочленов, в теории вероятностей доказал, в весьма общей форме, закон больших чисел, в теории чисел — асимптотический закон распределения простых чисел и др. Труды Чебышева положили начало развитию многих новых разделов математики.
Исследования великого русского математика Пафнутия Львовича Чебышева (1821-1894) проводились преимущественно в трех направлениях: теория чисел, теория вероятностей и теория механизмов. С исследованиями по теории механизмов неразрывно связаны многочисленные изобретения Чебышева. И. И. Артоболевский и Н. И. Левитский в работе, посвященной изобретениям и исследованиям Чебышева по теории механизмов и машин, выделяют 41 "основной механизм Чебышева" и около 40 модификаций этих механизмов, "которые могут в некоторых случаях также рассматриваться как самостоятельные механизмы".
В своей первой зарубежной поездке (1852 г.) во Францию и Великобританию Чебышев с большим интересом изучает работу различных механизмов и машин. Изучив изобретенные В. Я. Буняковским самосчеты, Чебышев увидел все их недостатки и решил построить свой прибор для сложения и вычитания. В 1876 г. Чебышев выступил с докладом на 5-й сессии Французской ассоциации содействия преуспеванию наук. Доклад назывался "Суммирующая машина с непрерывным движением". Содержание этого доклада неизвестно. Однако можно предположить, что речь шла об одной из первых моделей суммирующей машины. Она создана Чебышевым не позднее 1876 г. и хранится сейчас в музее истории Ленинграда.
Первый арифмометр Чебышева, строго говоря, не может быть отнесен к классу арифмометров (приборов для выполнения четырех арифметических действий). Это 10-разрядная суммирующая машина с непрерывной передачей десятков. В машине с непрерывной (дискретной) передачей колесо высшего разряда продвигается сразу на одно деление, в то время как колесо низшего разряда переходит с 9 на 0. При непрерывной передаче десятков соседнее колесо (а вместе с ним и все остальные) постепенно поворачивается на одно деление, пока колесо младшего разряда совершает один оборот. Чебышев достигает этого применением планетарной передачи.
Работа оператора при выполнении сложения на машине Чебышева была очень простой. С помощью десяти наборных колес поочередно вводились слагаемые, а результат считывался в окнах считки. На наборных колесах имеются специальные зубцы, с помощью которых поворачиваются колеса. В корпусе машины - прорези, в которых видны эти зубцы, а рядом с прорезями написаны цифры (0. 9). При вычитании набирается уменьшаемое, а вычитаемое нужно набирать, вращая наборные колеса в обратную сторону. В целом машина приспособлена для сложения, и вычитание на ней неудобно.
Следующими этапами работы Чебышева явились постройка новой модели суммирующей машины и передача ее в 1878 г. в Парижский музей искусств и ремесел, а затем создание множительно-делительной приставки к суммирующей машине. Эта приставка также была передана в музей в Париже (1881 г.). Таким образом, арифмометр, хранящийся в этом музее, состоит из двух устройств: суммирующего и множительно-делительного.
Суммирующее устройство отличается от хранящейся в Ленинграде суммирующей машины несколькими несущественными усовершенствованиями, а также большим удобством в работе.
Ряд новых идей был воплощен и во множительно-делительном устройстве. Главная и наиболее плодотворная из них состояла в автоматическом переводе каретки из разряда в разряд. Кареткой, т. е. подвижной частью арифмометра, служила сама приставка. Для выполнения умножения и деления она устанавливалась на суммирующей машине, образуя с ней единый прибор. При выполнении умножения нужно было только вращать рукоятку арифмометра.
После умножения множимого на цифру одного разряда множителя арифмометр автоматически прекращает умножение и переводит каретку в следующий разряд. Затем счетный механизм снова включается, и начинается умножение на цифру второго разряда множителя. Количество оборотов рукоятки автоматически контролируется специальным счетчиком, который действует то установленного числа множителя. Этот же счетчик переключает процесс вычислений на передвижение каретки и обратно.
При оценке арифмометра Чебышева и его места в истории вычислительной техники необходимо четко различать два обстоятельства: новизну и плодотворность идей, заключенных в его конструкции, и конкретное воплощение этих идей в изготовленных Чебышевым моделях (ленинградской и парижской). Между тем в существующих оценках арифмометра Чебышева эти две стороны не разделяются и общепринятая оценка сводится к следующему: Чебышеву удалось преодолеть недостатки существовавших в его время арифмометров и создать удобную для практического использования машину. В основе этого мнения, по-видимому, лежит авторитетное заключение Бооля, который высоко оценил арифмометр Чебышева, но, как ясно из контекста, его теоретическую основу, а не практическую реализацию. "Существование только одного экземпляра арифмометра Чебышева, недоступного для публики, - писал Бооль, - не дает возможности испытать машину на практике. "
К 70-м годам прошлого века были выработаны требования к работе арифмометров. С учетом этих требований арифмометр Чебышева следует признать малоудачной для практического использования машиной. Неудобства состояли в трудностях считывания результатов и выполнении операций вычитания, необходимости приложения значительных усилий при наборе чисел и т. д. Определенные трудности возникали и при пользовании множительно-делительной приставкой. Так, работа оператора при выполнении операции деления была настолько сложной, что, по-видимому, проще было пользоваться карандашом и бумагой. При помощи этой приставки также никто не производил вычислений.
Однако эти обстоятельства не следует смешивать с теоретическими основами конструкции. Чебышев и не ставил перед собой задачу создать наиболее удобную для пользователя машину. Он пытался решить другую, более важную с научной точки зрения проблему: найти и экспериментально проверить новые принципы построения вычислительных машин. И с этой задачей он справился блестяще.
В чем же состояло новаторство Чебышева? Для вычислительной техники принципиальное значение имели непрерывная передача десятков и автоматический переход каретки с разряда на разряд при умножении.
Оба эти изобретения вошли в широкую практику в 30-е годы 20 века в связи с применением электропривода и распространением полуавтоматических и автоматических клавишных вычислительных машин.
Пафнутий Львович Чебышев
4 (16) мая 1821 — 26 ноября (8 декабря) 1894. Русский математик и механик, основоположник петербургской математической школы, академик Петербургской академии наук.
История изобретательства знает немало знает немало случаев, когда одну и ту же проблему предлагалось решать с помощью совершенно разных технических средств. А там уж практика выявляла и продолжает выявлять максимально применимые и действенные варианты. Пожалуй, наибольшим многообразием в этом плане могут похвастаться средства перемещения в пространстве. До изобретения колеса и даже после его изобретения человечество прибегало и до сих пор прибегает к пешим и конным прогулкам, к полозьям и салазкам, к воздушным шарам и дельтапланам, а начиная с XX в. — еще и к авиаперелетам вкупе с выходом в открытый космос. А еще был вариант механизмов, передвигающихся на своих собственных «ногах».
Кому понадобилось внедрять шагающии машины — и зачем?
Гениальная идея пришла в голову русского математика и механика позапрошлого столетия Пафнутия Чебышева — академика ни много ни мало 25 академий мира. Модель стопоходящего механизма была продемонстрирована на Всемирной выставке в Париже в 1878 г. К настоящему времени деревянный макет стопохода сохранился в Политехническом музее города Москвы. Усилиями сетевого проекта «Математические этюды» на его основе даже создали 3D-модель.
Согласно легенде, Чебышев взял за основу походку лошади, когда наблюдал за проезжающими каретами. Механик понял, что траектория движения лошадиного копыта может стать крайне рациональной в техническом применении. Как ни странно, но до конца XIX в. никому не приходило в голову адаптировать естественные движения людей и животных — к работе механизмов. По крайней мере, не в фантазиях, а на практике.
Мысль о конкурировании механических ходуль с паровозами, трамваями и конками — лишь на первый взгляд может показаться абсурдной и нелепой. У Чебышева имелись весомые резоны считать иначе. Ведь применение стопоходов позволяет обеспечить повышенную проходимость, недоступную колесным транспортным средствам, а также существенно снизить нагрузки на материалы, тем самым добиваясь материальной экономии.
Взрывное развитие железнодорожного транспорта позволило очень быстро соединить в единую коммуникационную и хозяйственную сеть значительные пространства. Так, например, в одном 1900 г. построили 1 000 км одной только Китайско-Восточной железной дороги.
Но, вместе с тем, для того чтобы прокладывать транспортное полотно, требуются ощутимые затраты, обусловленные расчисткой территории, доставкой необходимых материалов к местам прокладывания и т. д. К тому же до крайности затруднительно масштабное железнодорожное строительство на зыбких почвах. Да и горные массивы зачастую становятся непреодолимыми преградами.
Колесные же транспортные средства, движущиеся не по рельсам, а по пересеченной местности, сталкиваются с сопротивлением грунта, а иногда — даже каменных и древесных массивов. Какими бы большими и мощными ни были колеса, изнашиваемость подобного механизма в экстремальных дорожных условиях крайне высока. Естественные барьеры лучше преодолевать, не входя с ними в непосредственное физическое соприкосновение. Это-то и возможно с помощью стопоходящих механизмов, которые способны перешагивать через препятствия.
Продолжение статьи читайте в июньском номере журнала "Наука и техника" за 2020 год. Доступна как печатная, так и электронная версии журнала. Оформить подписку на журнал можно здесь.
В магазине на сайте также можно купить магниты, календари, постеры с авиацией, кораблями, сухопутной техникой
Пафнутий Львович Чебышёв (1821–1894) родился в селе Окатово Боровского уезда Калужской губернии (ныне село Акатово Калужской области) в семье богатого землевладельца из старинного русского дворянского рода Льва Павловича Чебышёва. Получил домашнее образование: грамоте его обучила мать Аграфена Ивановна, арифметике и французскому языку – двоюродная сестра. С детства занимался музыкой, придумывал и мастерил разные механические игрушки. В 1832 году семья переехала в Москву, чтобы продолжить образование взрослеющих детей.
Летом 1837 года Чебышёв поступил в Московский университет – на второе физико-математическое отделение философского факультета. В 1841 году по итогам студенческого конкурса получил серебряную медаль за работу по нахождению корней уравнения n-й степени (сама работа на основе алгоритма Ньютона была написана им еще в 1838 году – в 17 лет).
В 1841 году окончил Московский университет. К этому времени дела его родителей из-за голода, охватившего в 1840 году значительную часть России, пришли в расстройство, и семья больше не могла материально поддерживать сына, однако он продолжал заниматься наукой.
В 1846 году Чебышёв защитил магистерскую диссертацию «Опыт элементарного анализа теории вероятностей», а в следующем был утвержден в звании адъюнкт-профессора Петербургского университета. Чтобы получить право чтения лекций в университете, он защитил еще одну диссертацию – «Об интегрировании с помощью логарифмов», после чего читал лекции по высшей алгебре, теории чисел, геометрии, теории эллиптических функций и практической механике.
В 1849 году Чебышёв защитил в Петербургском университете докторскую диссертацию «Теория сравнений» и стал профессором Петербургского университета; эту должность он занимал до 1882 года. В 1852-м съездил в научную командировку в Великобританию, Францию и Бельгию, в ходе которой ознакомился с практикой зарубежного машиностроения, музейными коллекциями машин и механизмов и встретился с видными европейскими учеными. После этого он некоторое время преподавал практическую механику в Петербургском университете и Александровском лицее.
В 1853 году несколько академиков представили Чебышёва к избранию в адъюнкты Петербургской академии наук, особо отметив важность его работ в области практической механики. В том же году он был избран в адъюнкты, а в 1856 году стал экстраординарным академиком. В 1859 году за работы по теории шарнирных параллелограммов и теории приближения функций был избран ординарным академиком.
Пафнутий Чебышёв умер 8 декабря 1894 года за письменным столом. Похоронен в родном имении, в селе Спас-Прогнанье (теперь Жуковский район Калужской области) у храма Преображения Господня, рядом с могилами родителей.
Чем знаменит
Пафнутий Чебышёв – великий русский математик XIX века, имя которого стоит в одном ряду с Н.И. Лобачевским, основоположник петербургской математической школы. Получил фундаментальные результаты в теории чисел (распределение простых чисел) и теории вероятностей (центральная предельная теорема, закон больших чисел). Основал математическую теорию синтеза механизмов.
Чебышёв стал первым русским математиком мирового уровня в теории вероятностей; хотя по данной теме им были опубликованы всего четыре работы, все они носят фундаментальный характер. Шарль Эрмит, признанный лидер математиков Франции во второй половине XIX века, утверждал, что Чебышёв «является гордостью русской науки и одним из величайших математиков Европы».
О чем надо знать
В 1863 году особая «Комиссия Чебышёва» от Совета Санкт-Петербургского университета принимала деятельное участие в разработке Университетского устава. Документ был подписан Александром II 18 июня 1863 года; он предоставлял автономию университету как корпорации профессоров. Этот устав просуществовал до эпохи контрреформ правительства Александра III. Историки считают его наиболее либеральным университетским регламентом XIX – начала XX веков.
Прямая речь
О важности практики: «Сближение теории с практикою дает самые благотворные результаты, и не одна только практика от этого выигрывает: сами науки развиваются под влиянием ее: она открывает им новые предметы для исследования или новые стороны в предметах давно известных… Если теория много выигрывает от новых приложений старой методы или от новых развитий ее, то она еще более приобретает открытием новых метод, и в этом случае науки находят себе верного руководителя в практике».
Академики А.А. Марков и И.Я. Сонин, на первом после смерти Чебышёва заседании академии: «Труды Чебышёва носят отпечаток гениальности. Он изобрел новые методы для решения многих трудных вопросов, которые были поставлены давно и оставались нерешёнными. Вместе с тем он поставил ряд новых вопросов, над разработкой которых трудился до конца своих дней».
АВТОР: НАТАЛЬЯ МАНТЕЛЬ
Всемирная выставка в Париже в 1878 году превратилась в фейерверк демонстраций грандиозных достижений науки, техники и искусства того времени. Толпы нарядно одетой публики с огромным любопытством разглядывали последние достижения – паровые машины, фонограф, телеграф и электросвечи (лампы накаливания) инженера Яблочкова. Но кроме них там был ещё один удивительнейший экспонат из царской России – стопоходящая машина Чебышёва. Парижане, как завороженные, наблюдали за двигающимся подобно лошади механизмом.
Роботы настолько прочно вошли в нашу повседневную жизнь, что уже трудно представить, как же человечество вообще обходилось без них?! В первой четверти 21-го века речь о превосходстве на мировой арене определяется не столько показателем ВВП на душу населения, сколько уровнем продвинутости научных изысканий в области искусственного интеллекта.
Детство и отрочество
Сын богатого российского дворянина, ветерана Великой Отечественной войны 1812 года, Льва Павловича и властной помещицы Аграфены Ивановны начал довольно-таки рано домашнее обучение: от своей матери он узнал основы грамоты, а спряжение французских глаголов и азы арифметики — от кузины Авдотьи Сухарёвой. Помимо этого маленький Пафнутий должен был регулярно музицировать. Но с детства его самым желанным времяпровождением было изучение разобранных механизмов игрушек и автоматов, причём он сам их зачастую выдумывал и мастерил.
Студенческие годы
Через 3 года студент Чебышёва побеждает в конкурсе с серебряной медалью за работу по нахождению корней уравнения n-й степени, хотя она была им написана намного ранее на основе алгоритма Ньютона.
В 20 лет Пафнутий Чебышёв получает диплом с отличием, а в 25 лет он блестяще защитил диссертацию на степень магистра «Опыт элементарного анализа теории вероятностей».
Преподавательская и профессорская деятельность
Свою научную деятельность Чебышёв продолжил в университете Санкт-Петербурга, где 9-ю годами позже он стал профессором, создав ставшую всемирно знаменитой Петербургскую математическую школу. А до этого:
После успешных изысканий в теории шарнирных параллелограммов и в теории приближения функций позволили Чебышёва стать ординарным академиком (1860 г.).
Уже будучи в составе Учёного комитета Министерства народного просвещения, более 15-ти лет П.Л. Чебышёв писал регулярно рецензии на школьные учебники, принимал непосредственное участие в процессе обновлении школьных программ по математике.
Научная деятельность
Учёная деятельность Чебышёва началась в 22 года и продолжалась почти 60 лет: последнюю его статью обнародовали в 1895 году, спустя 1 год после его кончины (он умер, работая за своим письменным столом).
Его труд по интегральному исчислению в 1860 году стал настоящим событием в математическом мире того времени!
А через 16 лет появился ещё один блестящий шедевр «О средних величинах», названная затем теоремой Чебышёва. Она легла затем в основу теории вероятностей, которая до сих пор является одним из главным инструментов современной статистики.
Только эти 2 великолепных математических труда навсегда моглы бы прославить выдающегося русского учёного!
Механика
В 31 год г. П.Л.Чебышёв отправился в научную командировку в Западную Европу, чтобы на месте ознакомиться с технологией тогдашнего машиностроения, а также получил уникальную возможность увидеть экспонаты Технических музеев. Он лично беседовал с ведущими французскими математиками и бельгийскими механиками-конструкторами.
Молодой профессор уже тогда очень заинтересовался прикладной механикой и в особенности теорией механизмов, издав затем 15 манускриптов, а через какое-то время возглавил Петербурское направление оригинальной русской школы механики.
Лямбда-механизм обязан своим оригинальным имёнем внешней схожестью с 11-ой буквой греческого алфавита «лямбда».
Синтез механизмов.
Конструируя некоторые механизмы, П. Л. Чебышёв использовал придуманный им метод синтеза механизмов, так называемый приближённо-направляющий механизм, который отнесли затем к классу шарнирных четырёхзвенников с такими названиями, как лямбдаобразный и перекрёстный.
Конструирование механизмов
Как и многие гении, он мог крепко озадачить своих современников! У Чебышёва был такой механизм, который перемещался весьма невероятным и для нынешних наблюдателей образом. Речь идёт о парадоксальном механизме. Чебышёв намного опередил своё время, выведя структурную формулу плоских механизмов и теорему о существовании трехшарнирных четырехзвенников. Он собрал также такой механизм, имитирующий движение вёсел гребной лодки.
В 60 лет П.Л. Чебышёв изобрёл первый в мире автомат для вычислений, намного опередивший все имевшиеся тогда счётные машины. К сожалению, этот арифмометр непрерывного действия не нашёл тогда практического применения, но подтолкнул к усовершенствованию «машинную математику» и к возникновению такой науки как кибернетика. В наши дни его можно увидеть в Парижском музее искусств и ремесел.
Среди необычных экспонатов Всемирной выставки в Филадельфии (США, 1876 год) была представила сконструированная Чебышёвым паровая машина с множеством конструктивных преимуществ перед другими.
А через 17 лет на Всемирной выставке в Чикаго в 1893 году, за год до кончины великого учёного, широкой публике были представлены его последние изобретения: самокатное кресло (модель инвалидной коляски) , а также сортировалка зерна по массе и ещё 7 конструкций, преобразующих вращательные в другие виды движения.
Ученики и последователи
Дело его живёт и имя его бессмертно на просторах Вселенной!
И даже на просторах вселенной также существуют два объекта, связанные с именем великого русского математика – кратер Чебышёва на Луне и астероид 2010-Чебышёв.
Читайте также: