简论数学中的美

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  摘 要: 作为一门基础学科,数学在高中教学中的地位越来越高.为了让数学课堂活跃起来,首先要让学生喜欢数学,能够欣赏数学的美.作者就数学中的美谈谈体会.
  关键词: 对称性 奇异性 突变性 创新性 统一性
  数学在基础教育中的地位日益加重,在职业高中教学中,数学作为一门工具学科,其重要作用不言而喻.很多学生认为学数学枯燥无味,除了做题还是做题,产生厌学情绪.我认为数学老师只有懂得教会学生,欣赏数学的美,才能激起学生学习数学的兴趣,从而才可以让学生更好地学习数学,为专业课的学习服务.兴趣是最好的老师,我在此谈谈对数学的理解.
  一、数学的对称性
  “对称”一词的含义是“和谐”、“美观”.毕达哥拉斯学派认为,一切空间图形中,最美的是球形;一切平面图形中,最美的是圆形.圆是中心对称图形——圆心是它的对称中心,圆也是轴对称图形——任何一条直径都是它的对称轴.
  梯形的面积公式:s=■,
  等差数列的前n项和公式:s■=■,
  其中a是上底边长,b是下底边长,其中a■是首项,a■是第n项,这两个等式中,a与a■是对称的,b与a■是对称的,h与n是对称的.
  对称不仅美,而且有用.对称美的形式很多,对称的这种美也不只有数学家欣赏,人们对于对称美的追求是自然的、朴素的.如格点对称,十四世纪在西班牙的格拉那达的阿尔汉姆拉宫,存在所有的格点对称,而直到1924年才证明出格点对称的种类.此外,还有格度对称,如我们喜爱的对数螺线、雪花,只要知道它的一部分,就可以知道它的全部.李政道、杨振宁正是由对称的研究而发现了宇宙不守恒定律.从中我们体会到了对称的美与成功.
  二、数学的奇异、突变性
  全世界有很大影响的两份杂志曾联合邀请全世界的数学家们评选“近50年的最佳数学问题”,其中有一道相当简单的问题:有哪些分数■,不合理地把b约去得到■,结果却是对的?
  经过一种简单计算,可以找到四个分数:■,■,■,■.这个问题涉及“运算谬误,结果正确”的歪打正着,在给人惊喜之余,不也展现了一种奇异美吗?
  人造卫星、行星、彗星等由于运动的速度的不同,它们的轨道可能是椭圆、双曲线或抛物线,这几种曲线的定义如下:
  到定点距离与它到定直线的距离之比是常数e的点的轨迹,
  当e<1时,形成的是椭圆;
  当e>1时,形成的是双曲线;
  当e=1时,形成的是抛物线.
  常数e由0.999变为1,变为0.001,相差很小,形成的却是形状、性质完全不同的曲线.而这几种曲线又完全可看作不同的平面截圆锥面所得到的截线.
  椭圆与正弦曲线会有什么联系吗?做一个实验,把厚纸卷几次,做成一个圆筒.斜割这一圆筒成两部分.如果不拆开圆筒,那么截面将是椭圆;如果拆开圆筒,切口形成的即是正弦曲线.这其中的玄妙是不是很奇异、很美.
  三、数学的创新性
  欧几里得几何曾经是完美的经典几何学,其中的公理5:“过直线外一点有且只有一条直线与已知直线平行”和结论“三角形内角和等于二直角”,这些似乎是天经地义的绝对真理.罗马切夫斯基却采用了不同于公理5的结论:“过直线外一点至少有两条直线与已知直线平行”,在这种几何里,“三角形内角和小于二直角”,从而创造了罗氏几何.黎曼几何学没有平行线,这些与传统观念相违背的理论,并不是虚无缥缈的,在我们进行遥远的天文测量时,用罗氏几何学却是很方便的;在爱因斯坦建立的广义相对论中,较多地运用了黎曼几何这个工具,才克服了所遇到的数学计算上的困难.每个理论都需要不断创新,每个奇思妙想、每个似乎不合理又不可思议的念头都可能开辟新的天地.这种开阔了我们的视野、开阔了我们的心胸,给我们完全不同感受的,难道不是切入肌肤的美吗?正是在不断创新的过程中,数学得到了发展.
  四、数学的统一性
  数的概念从自然数、分数、负数、无理数,扩大到复数,经历了无数次坎坷,范围不断扩大了,在数学及其他学科的作用也不断增大.那么,人们自然想到能否再把复数的概念继续推广.
  数学的发展是逐步统一的过程.统一的目的正如希而伯特所说:“追求更有力的工具和更简单的方法.”
  爱因斯坦一生的梦想就是追求宇宙统一的理论.他用简洁的表达式揭示了自然界中质能关系,这不能不说是一件统一的艺术品,但他还是没有完成统一的梦想.人类在不断探寻着纷繁复杂的世界,又在不断用统一的观点认识世界,宇宙没有尽头,统一美也需要永远的追求.
  数学的美,她需要我们用心、用智慧去挖掘.如果在学习过程中,我们可以适当地了解数学的美,就一定能够激发我们学习数学的兴趣,从而更好地为学习我们的专业课程打下坚实的基础,从数学学习中获得成功的喜悦和美的享受,那么我们就会不断深入其中,欣赏和创造美.
  参考文献:
  [1]斯科特.侯德润.张兰.数学史.
  [2]莫里斯·克莱因.古今数学思想(1).
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