数学与诗词意境

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  张奠宙 1933年出生于浙江奉化。1956年毕业于华东师范大学数学系数学分析研究生班。1999年当选为国际欧亚科学院院士。现任教育部师范司高师教学改革指导委员会委员,《高中数学课程国家标准》研制组组长。
  
  数学与诗词历来有许多潜在的谈资。例如:
  一去二三里,烟村四五家;
  楼台六七座,八九十枝花。
  把十个数字嵌进诗里,读来朗朗上口。郑板桥也有咏雪诗:
  一片二片三四片,
  五片六片七八片;
  千片万片无数片,
  飞入梅花总不见。
  诗句抒发了诗人对漫天雪舞的感受。不过,以上两诗中尽管嵌入了数字,却实在和数学没有什么关系。
  数学与诗词的内在联系,在于意境。李白《送孟浩然之广陵》诗云:
  故人西辞黄鹤楼,
  烟花三月下扬州。
  孤帆远影碧空尽,
  唯见长江天际流。
  数学名家徐利治先生在讲授极限的时候,总要引用“孤帆远影碧空尽”这一句,让大家体会一个变量趋向于0的动态意境,煞是传神。
  近日与友人谈几何,不禁联想到初唐诗人陈子昂《登幽州台歌》中的名句:
  前不见古人,后不见来者;
  念天地之悠悠,独怆然而涕下。
  一般的语文解释说,前两句俯仰古今,写出时间绵长;第三句登楼眺望,写出空间辽阔。在广阔无垠的背景中,第四句描绘了诗人孤单寂寞和悲哀苦闷的情绪,两相映照,分外动人。然而,从数学上来看,这是一首阐发时间和空间感知的佳句。前两句表示时间可以看成是一条直线(一维空间):陈老先生以自己为原点,前不见古人指时间可以延伸到负无穷大;后不见来者则意味着未来的时间是正无穷大。后两句描写三维的现实空间:天是平面,地是平面,悠悠地扩张成三维的立体几何空间。全诗将时间和空间放在一起思考,感到自然之伟大,产生了敬畏之心,以至怆然涕下。这样的意境,是数学家和文学家可以彼此相通的。进一步说,爱因斯坦的四维时空学说,也能和此诗的意境相衔接。
  贵州的杨老师告诉我他的一则经验。他在微积分教学中讲到无界变量时,用了宋朝叶绍翁《游园不值》的诗句:
  满园春色关不住,一枝红杏出墙来。
  学生每每会意而笑。实际上,无界变量是说,无论你设置怎样大的正数M,变量总要超出你的范围,即有一个变量的绝对值会超过M。于是,M可以比喻成无论怎样大的园子,变量相当于红杏,结果是总有一枝红杏越过园子的范围。诗的比喻如此恰当,其意境把枯燥的数学语言形象化了。
  数学研究和学习需要解题,而解题过程需要反复思索,最终会在某一时刻出现顿悟。例如,做一道几何题,百思不得其解,突然添了一条辅助线,问题豁然开朗,欣喜万分。这样的意境让我想起的是辛弃疾的词所描述的意境:
  众里寻他千百度,
  蓦然回首,
  那人却在,灯火阑珊处。
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