伽利略認為,宇宙這本書是用數(shù)學語言寫的。
數(shù)學是人類的第一種共同語言。不難設(shè)想,今后地球人和外星人的第一個交流工具便是“數(shù)”和“形”。
書中講述的那些有趣的數(shù)學故事,會讓你領(lǐng)略到數(shù)學是一個多么奇妙歡樂的世界,讓我們一起以無比的好奇走近數(shù)學,以百倍的激情去擁抱數(shù)學,學好數(shù)學。
《原來數(shù)學這么有趣》采用了擬人法,以數(shù)字0、1與兩個人對話,讓數(shù)學充滿人性,也充滿親情。之所以選擇0和1,是因為它們是最為有趣的兩個數(shù)字。在二進位制中的兩個符號是0、1,這兩個數(shù)字支撐起計算機和邏輯代數(shù)。再者,0和1是級數(shù)20,21,22,23,24……開頭的兩個指數(shù),這個級數(shù)是二進位制與十進位制的公共通道。從這個級數(shù)中還可看到中國古代科學思想的光芒,“太極生兩儀,兩儀生四象,四象生八卦”不就是與這個級數(shù)20,21,22,23,24……相吻合嗎?萊布尼茲認為最早的二進位制來自于八卦。可見0和1是何等重要。 《原來數(shù)學這么有趣》中講述的一些有趣的數(shù)學故事,使讀者看到數(shù)學是一個十分奇妙歡樂的世界,讓我們一起以無比的好奇和興趣走近數(shù)學,以激情去擁抱數(shù)學,學好數(shù)學。
進入20世紀,有觀點認為數(shù)學不再屬于自然科學的一個分支了,它是獨立于自然科學和人文科學的科學。數(shù)學的領(lǐng)域越來越寬廣,內(nèi)容越來越豐富多彩。特別是近30年來數(shù)學與計算機相結(jié)合,出現(xiàn)了大顯神威的“數(shù)學技術(shù)”。當今為人們贊揚的“高新技術(shù)”后面,無不凝結(jié)著“數(shù)學高技術(shù)”;越來越多的人認識到,數(shù)學已融入人們的日常生活和社會環(huán)境中,滲透到人類文明的每一個角落。
科學技術(shù)的發(fā)展與數(shù)學的發(fā)展有著不解之緣。第一次產(chǎn)業(yè)革命,從18世紀中葉到19世紀中葉,是以機械運動為主題,這是微積分發(fā)明之后奠定的基礎(chǔ)。第二次產(chǎn)業(yè)革命,開始于19世紀的60年代。前后分兩個階段。第一個階段,依靠電磁理論才有發(fā)電機、電動機為主體的技術(shù),而作為電磁理論的基石便是數(shù)學;第二個階段的無線電通信技術(shù),麥克斯韋首先從數(shù)學上推出了電磁波的存在,才創(chuàng)立了電磁波學說。20世紀30年代開始的第三次產(chǎn)業(yè)革命,是以電子計算機的發(fā)明、應(yīng)用,原子能的利用及空間技術(shù)與生產(chǎn)自動化等為主體,這一時期數(shù)學有不可磨滅的功績。愛因斯坦的質(zhì)能公式E=mc2,是數(shù)學功能最好的見證。所以,法國數(shù)學家傅里葉說,“對自然的深入研究,是數(shù)學發(fā)現(xiàn)最豐富的源泉。”
數(shù)學正以空前的廣度和深度向社會管理和人類知識的各個領(lǐng)域滲透。管理中的決策論、經(jīng)濟分析中的線性規(guī)劃、公眾事業(yè)中的排隊論等,無處不有數(shù)學的存在。
數(shù)學的教育功能不容忽視。數(shù)學教育所培養(yǎng)出來的計算與推理,是人們從事生產(chǎn)、科學及文化活動所必備的能力。通過學習數(shù)學,可以激發(fā)創(chuàng)造精神,訓練邏輯思維,增強數(shù)量概念和空間直覺,學會準確清楚運用數(shù)學語言,解決生活和科研中的實際問題。所以數(shù)學教育的實際意義遠遠超出了數(shù)學本身。伽利略認為,宇宙這本書是用數(shù)學語言寫的。
數(shù)學與國力關(guān)系密切。
第二次世界大戰(zhàn)后,美國是世界的科學技術(shù)中心,也是數(shù)學中心。20世紀80年代末90年代初,美國國家研究委員會連續(xù)向國民發(fā)布了幾份報告,大聲疾呼,要想維持美國的強國地位,必須維持數(shù)學的強國地位,“數(shù)學文盲不僅是個人的損失,而且是國家的債務(wù)”,呼吁國家從幼兒園到博士的各階段加強數(shù)學教育,讓公眾更多更好地理解數(shù)學。
英國是世界首先完成工業(yè)革命的國家,19世紀末,它已成為世界的科學技術(shù)中心,同時也是數(shù)學中心。英國教育與就業(yè)部長布倫克特在2000年數(shù)學教育年時說:“數(shù)學教育年,將一掃國民畏懼數(shù)學的心理,樹立我們能做數(shù)學的態(tài)度。”并通過2000年數(shù)學教育年使數(shù)學變得有趣,人人能學。政府還制定了“全國數(shù)學戰(zhàn)略”,并說,“數(shù)學好意味著工作好和更多的收入”,英國無時無刻不在力圖恢復牛頓時期的數(shù)學大國地位。
在20世紀初,德國剛剛經(jīng)歷了第一次世界大戰(zhàn),經(jīng)濟相當困難,但德國的數(shù)學卻超過了英國。19世紀德國有高斯、黎曼、希爾伯特等大數(shù)學家。在20世紀初,德國就成為世界第一流的數(shù)學強國,哥廷根一直是世界的數(shù)學中心。數(shù)學的發(fā)達助推了量子力學在德國產(chǎn)生,并由此得到諾貝爾獎。
數(shù)學是精密的思維藝術(shù),并擁有獨立的文化價值。
今天更多的人看到了數(shù)學的強大威力,然而有些人看重的卻是數(shù)學的功利價值,把數(shù)學的文化價值忽略了。起源于希臘的歐洲理性主義精神的數(shù)學,曾經(jīng)被柏拉圖看做是人類文化的最高理想。數(shù)學作為一種重要的智力活動,是應(yīng)當傳給后代的、很重要的一份文化遺產(chǎn)。
中國是數(shù)學的故鄉(xiāng),在古代,中國的數(shù)學曾有過輝煌。劉徽、祖沖之、秦九韶、楊輝、李冶、朱世傑等杰出的古代數(shù)學家,讓中華民族的后代子孫引以為驕傲。我國古代思維方式,能從樸素的辯證思想方式,能從整體上、直觀上把握客體對象。正因為這些優(yōu)點,曾使我國古代數(shù)學、科技領(lǐng)先世界。然而,忽略了向定量方面、形式化方面的發(fā)展,阻礙了公理系統(tǒng)、形式化系統(tǒng)的產(chǎn)生,使得我國數(shù)學、科技很長時期在經(jīng)驗上徘徊,致使近代數(shù)學、科技落后了。所以,我國發(fā)明勾股定理比西方早,但世界各國都知道畢達哥拉斯定理;我國有世界上最早最豐富的天象觀測資料,但天體的運行規(guī)律卻被西方人發(fā)現(xiàn);我國對哈雷彗星的觀測記錄最多,但計算出這顆彗星的質(zhì)量、運行速度、軌道和周期的卻是哈雷和牛頓。
數(shù)學是地球人類的第一種共同語言。打破國界的當然還有音樂、美術(shù)和體育等。不難設(shè)想,今后地球人和外星人的第一個交流工具便是“數(shù)”和“形”。
面對如潮的高新技術(shù)的發(fā)展,數(shù)學技術(shù)的進展也一日千里。1992年,聯(lián)合國教科文組織在里約熱內(nèi)盧宣言中正式宣布2000年為“世界數(shù)學年”,呼吁加強數(shù)學與社會的聯(lián)系,加強公眾對數(shù)學的理解。
進入21世紀,致力于現(xiàn)代化的中國,舉國上下提倡素質(zhì)教育、科教興國,數(shù)學教育得到前所未有的重視。
2001年,國家領(lǐng)導人把中國首屆最高科技獎授予數(shù)學家吳文俊。2002年,第24屆國際數(shù)學家大會在中國召開。國家領(lǐng)導人出席了開幕式,并應(yīng)國際數(shù)學聯(lián)盟主席帕力斯的邀請,為本屆菲爾茨獎獲得者頒獎。
本書采用了擬人法,以數(shù)字0、1與兩個人對話,讓數(shù)學充滿人性,也充滿親情。之所以選擇0和1,是因為它們是最為有趣的兩個數(shù)字。在二進位制中的兩個符號是0、1,這兩個數(shù)字支撐起計算機和邏輯代數(shù)。再者,0和1是級數(shù)20,21,22,23,24……開頭的兩個指數(shù),這個級數(shù)是二進位制與十進位制的公共通道。從這個級數(shù)中還可看到中國古代科學思想的光芒,“太極生兩儀,兩儀生四象,四象生八卦”不就是與這個級數(shù)20,21,22,23,24……相吻合嗎?萊布尼茲認為最早的二進位制來自于八卦?梢0和1是何等重要。
本書中講述的一些有趣的數(shù)學故事,使讀者看到數(shù)學是一個十分奇妙歡樂的世界,讓我們一起以無比的好奇和興趣走近數(shù)學,以激情去擁抱數(shù)學,學好數(shù)學。
編著者
開頭的話
一、數(shù)典懷祖
二、阿拉伯數(shù)字脫穎而出
三、十進位制為國際公認
四、0和1爭功勞
五、數(shù)的親情無限
六、多情的數(shù)字詩
七、滄桑的代數(shù)歲月
八、尋求無價之寶
九、幾何就這樣呱呱墜地
十、離經(jīng)叛道使幾何壯大
十一、非歐幾何與宇宙結(jié)構(gòu)
十二、好一個吝嗇
十三、數(shù)學裝點文字
十四、用血鋪就歷史
十五、數(shù)學史上的假冒產(chǎn)品
十六、虛數(shù)不虛
十七、偷雞不到……
十八、向?qū)κ謱W習
十九、兒子與老子比大小
二十、矛盾中求和諧
二十一、數(shù)學與音樂的對話
二十二、最酷的π
二十三、自然常數(shù)光彩奪目
二十四、叩開科學殿堂的對稱與反演
二十五、數(shù)學是快樂的星期天
二十六、演繹法——一道美味大餐
二十七、高數(shù)學技術(shù)風靡世界
主要參考文獻
“袁丹,你在說什么?我是扁擔吹火——一竅不通!备俄樢幌?qū)?shù)學冷漠。
“是的,袁丹是好樣的!”0像找到了知己,便滔滔不絕地講了起來,“希臘不僅有歐氏幾何,還有復雜的幾何圖形面積、體積的計算、圓錐曲線、三角形、無理數(shù)的發(fā)現(xiàn)及不定方程等,這些都被后人尊奉為極寶貴的數(shù)學文化遺產(chǎn),對數(shù)學的發(fā)展影響力很大。”
“希臘這一時期,就是論證幾何為主的希臘古典數(shù)學,這些數(shù)學都是在唯理的氣氛中誕生的。”袁丹與0呼應(yīng)。
“還是袁丹朋友說得有根有據(jù)!1有意抬舉袁丹來貶低0,“不懂數(shù)學史的人只有隨聲附和!
“在希臘時期之后,便是中國、印度和阿拉伯時期,就是我;們所說的東方數(shù)學的興起!0毫不理會1的挖苦,“如中國現(xiàn)存最早的數(shù)學著作《九章算術(shù)》,首先就引進了負數(shù)及其運算法則,同時還出現(xiàn)了聯(lián)立方程消元法的解法!
“0老弟,我是中國人,我都不知道這些。你所說的這些是從哪兒得來的?”付順對0的發(fā)言有些反感,“再說,你講這些有什么用?”
“對對!”1與付順的觀點不謀而合,高聲嚷道,“吃飽了,沒事干!”
“懂嗎?這叫做數(shù)學文化!痹ず0與1和付順針鋒相對,“從魏晉南北朝到宋元時代,中國的數(shù)學家們又創(chuàng)造了計算圓周率‘割圓術(shù)’等一系列的重要計算!
“不僅如此,解一次同余式的‘孫子算法’,求解高次方程數(shù)字解的‘正負開方術(shù)’,”0如數(shù)家珍般的講述著中國古代的數(shù)學成就,“還有被稱為‘招差術(shù)’的高次內(nèi)插算法!
“還有用文字代表未知量的‘天元術(shù)’等。”袁丹話音里充滿了自豪,“中國的有些成就到18世紀要用高等數(shù)學工具才能加以證明。”
“真夠厲害,我的大數(shù)學家,大歷史學家!”1又說起風涼話來。
“到中世紀時,公元780—850年,阿拉伯的數(shù)學家們對代數(shù)已有很大的成就!0毫不在乎別人的看法,理直氣壯地說道,“中國所說的代數(shù)學一詞,你們知道來自什么地方嗎?就是來源于阿拉伯語。就是阿拉伯數(shù)學家花刺子模所著的代數(shù)學書名的縮寫!
“印度數(shù)學家在當時功勞也不小!痹づc0一唱一和,并贊賞印度人民的智慧,“約在公元870年,印度完善了十進位制數(shù)系,‘0’也在這時誕生在古老的印度!
“袁丹朋友有見識!”0夸獎袁丹,“十進位制的完成以及‘0’的誕生,還有中國人的功勞哩!”
1在一旁撇撇嘴,對0做出不屑一顧的樣子。
“東方數(shù)學的特點是注重算法和計算,希臘的數(shù)學特點便是講究命題的演繹證明。”挖苦和諷刺沒有阻止0的發(fā)言。
討論稍停了一下。“唏!”1冷笑道,“怎么不講了,數(shù)學家?”
“我們?yōu)槭裁床恢v?我們要大講特講!0當仁不讓,“數(shù)學發(fā)展的第三個時期,就是歐洲文藝復興時期!
“這個時期首先要講的就是意大利。由于意大利當時的海上貿(mào)易發(fā)達,地理環(huán)境優(yōu)越,自然就成了東西方科學的交匯處!痹び幸馓岣吡松らT,他不滿1對人不謙遜,“意大利的數(shù)學家們在12、13世紀的時候就翻譯了希臘和阿拉伯數(shù)學著作。”