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数学的发展贯穿于整个人类的发展史,每一个时期都有许多伟大的数学家做出了巨大的贡献。现如今,这个多彩的世界到处呈现着数学的痕迹,只要我们学会用数学的眼光观察世界,就会发现数学就在我们身边。我们即将学习的初中数学分为代数、几何、统计、概率等几大板块,而在数学的发展历史过程中,有很多与此相关的经典故事发生。
一、以符代数,由算术到代数
从算术到代数,可划分为三个历史阶段,花拉子米、丢番图、韦达这三位数学家就是相应的标志性人物。阿拉伯数学家花拉子米,写了一本书《还原与对消的科学》,这本书后来叫做《代数学》。还原就是解方程中的“移项”,对消就相当于“合并同类项”。但是花拉子米时代是“文辞代数”的阶段,非常容易产生歧义,而且比较繁琐。到了古希腊数学家丢番图时代,他用音节首字母缩写来表示数,开创“缩写代数”的时代,比如数学中“meter”,就是“米”的意思,缩写就是“m”。不过,历史上第一个有意识、系统地使用字母的是法国数学家韦达。他用统一的字母表示未知量、已知量及其运算,是对传统代数的突破,用字母表示数是由小学算术跨越到初中代数的桥梁。
二、达·芬奇的几何密码
关于达·芬奇的密码,我们得从他的名画《维特鲁威人》说起,这幅画为我们构造了一个美妙的几何世界。这张素描画手稿中一个面对我们的健壮中年男子,两臂微斜上举,两腿又开,以他的头、足和手指各位端点,正好外接一个圆形。同时在画中叠加着另一幅图像:男子两臂平伸站立,以他的头、足和手指各为端点,正好外接一个正方形。这幅画中隐藏着完美的人体比例和黄金分割。如果从脚底量到头顶,从张开双臂的左手量到右手,那么你就会发现高和宽相等。借助连线,我们能延伸出许多几何图形,可以找到圆形、三角形、四边形、五边形、等边三角形等。
三、统计学家与消失的面粉
战争时期德国物资紧缺,对面包实行配给制。有一个统计学家,怀疑他所在区域的面包师私扣面粉,于是就天天称自己的面包。几个月以后,他找到面包师傅,说:“政府规定配给的面包是400克,因为模具和其他因素,你做的面包可能是398、399克,也可能是401、402克,按照统计学的正态分布原理,这么多天的面包重量平均应该等于400克,可是你给我的面包平均重量是398克。我有理由怀疑是你使用较小的模具,私吞了面粉。”面包师傅随即承认确实私吞了面粉,再三道歉并保证马上更换正规的模具。又过了几个月,统计学家又去找这个面包师傅,说:“虽然这几个月你给我的面包都在400克以上,这可能是因为你没有私吞面粉,但也可能是因为你从面包里特意挑大的给我。同样根据正态分布原理,这么多天不可能没有低于400克的面包,所以我认为你只是特意给了我比较大的面包,而不是更换了正常的模具。我会立刻要求政府检查你的模具。”面包师傅只好当众认错道歉,接受处罚。其实统计学离我们的生活并没有那么遥远,很多时候可以利用统计学解决一些生活中的小问题。
四、将军的勇气
公元1053年(北宋仁宗时期),大将军狄青奉旨征讨叛军。将士们日夜兼程,但由于劳累,士气不振,狄青看在眼里,急在心里。狄青便设坛拜神说:“这次用兵,胜败还没有把握,特此祭拜祈求神靈保佑。”于是他命人搬来一百枚铜币,许愿:“如果把这些铜币扔在地上,字面(铸文字的那一面)全部朝上,那么这次出征定能打败敌人。”狄青将装有一百枚铜币的布袋取出,将铜币全数扔出,结果这一百个铜币的字面,竟然鬼使神差般全部朝上。全军将士欢声如雷,士气大振,狄青迅速平定叛军。身为大将军的狄青何尝不知道:掷一枚铜币,正面朝上还是反面朝上,是个随机事件,正面朝上和反面朝上的可能性相等的,都是1/2;两枚硬币都正面朝上的可能性是1/4;三枚都正面朝上的可能性是1/8……100枚都正面朝上的可能性是(1/2)100。可见,一百枚钱币都正面朝上的可能性是少之又少,几乎不可能啊。回师时,将士们按原先所约,把钱取下,原来那些铜币两面都铸成了一样的,都是有文字的。对狄青来说,一百个钱币字面全部朝上,是个必然事件,但在别人看来,却是几乎不可能出现的事情。从“不可能”到“可能”、从“随机事件”到“确定事件”,这一切足以显示出大英雄狄青非凡的数学智慧。
一、以符代数,由算术到代数
从算术到代数,可划分为三个历史阶段,花拉子米、丢番图、韦达这三位数学家就是相应的标志性人物。阿拉伯数学家花拉子米,写了一本书《还原与对消的科学》,这本书后来叫做《代数学》。还原就是解方程中的“移项”,对消就相当于“合并同类项”。但是花拉子米时代是“文辞代数”的阶段,非常容易产生歧义,而且比较繁琐。到了古希腊数学家丢番图时代,他用音节首字母缩写来表示数,开创“缩写代数”的时代,比如数学中“meter”,就是“米”的意思,缩写就是“m”。不过,历史上第一个有意识、系统地使用字母的是法国数学家韦达。他用统一的字母表示未知量、已知量及其运算,是对传统代数的突破,用字母表示数是由小学算术跨越到初中代数的桥梁。
二、达·芬奇的几何密码
关于达·芬奇的密码,我们得从他的名画《维特鲁威人》说起,这幅画为我们构造了一个美妙的几何世界。这张素描画手稿中一个面对我们的健壮中年男子,两臂微斜上举,两腿又开,以他的头、足和手指各位端点,正好外接一个圆形。同时在画中叠加着另一幅图像:男子两臂平伸站立,以他的头、足和手指各为端点,正好外接一个正方形。这幅画中隐藏着完美的人体比例和黄金分割。如果从脚底量到头顶,从张开双臂的左手量到右手,那么你就会发现高和宽相等。借助连线,我们能延伸出许多几何图形,可以找到圆形、三角形、四边形、五边形、等边三角形等。
三、统计学家与消失的面粉
战争时期德国物资紧缺,对面包实行配给制。有一个统计学家,怀疑他所在区域的面包师私扣面粉,于是就天天称自己的面包。几个月以后,他找到面包师傅,说:“政府规定配给的面包是400克,因为模具和其他因素,你做的面包可能是398、399克,也可能是401、402克,按照统计学的正态分布原理,这么多天的面包重量平均应该等于400克,可是你给我的面包平均重量是398克。我有理由怀疑是你使用较小的模具,私吞了面粉。”面包师傅随即承认确实私吞了面粉,再三道歉并保证马上更换正规的模具。又过了几个月,统计学家又去找这个面包师傅,说:“虽然这几个月你给我的面包都在400克以上,这可能是因为你没有私吞面粉,但也可能是因为你从面包里特意挑大的给我。同样根据正态分布原理,这么多天不可能没有低于400克的面包,所以我认为你只是特意给了我比较大的面包,而不是更换了正常的模具。我会立刻要求政府检查你的模具。”面包师傅只好当众认错道歉,接受处罚。其实统计学离我们的生活并没有那么遥远,很多时候可以利用统计学解决一些生活中的小问题。
四、将军的勇气
公元1053年(北宋仁宗时期),大将军狄青奉旨征讨叛军。将士们日夜兼程,但由于劳累,士气不振,狄青看在眼里,急在心里。狄青便设坛拜神说:“这次用兵,胜败还没有把握,特此祭拜祈求神靈保佑。”于是他命人搬来一百枚铜币,许愿:“如果把这些铜币扔在地上,字面(铸文字的那一面)全部朝上,那么这次出征定能打败敌人。”狄青将装有一百枚铜币的布袋取出,将铜币全数扔出,结果这一百个铜币的字面,竟然鬼使神差般全部朝上。全军将士欢声如雷,士气大振,狄青迅速平定叛军。身为大将军的狄青何尝不知道:掷一枚铜币,正面朝上还是反面朝上,是个随机事件,正面朝上和反面朝上的可能性相等的,都是1/2;两枚硬币都正面朝上的可能性是1/4;三枚都正面朝上的可能性是1/8……100枚都正面朝上的可能性是(1/2)100。可见,一百枚钱币都正面朝上的可能性是少之又少,几乎不可能啊。回师时,将士们按原先所约,把钱取下,原来那些铜币两面都铸成了一样的,都是有文字的。对狄青来说,一百个钱币字面全部朝上,是个必然事件,但在别人看来,却是几乎不可能出现的事情。从“不可能”到“可能”、从“随机事件”到“确定事件”,这一切足以显示出大英雄狄青非凡的数学智慧。