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偉大數學公式背后的故事
2015-05-14    作者:鄭渝川    來源:經濟參考網
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    數學是學校教育各階段中最重要的學科,,支撐數學教育體系的是一些定理和公式,。通常,,數學教師會在教學中簡單講解定理和公式的發(fā)現故事,,但這種講述顯得過于簡略且零散,,相比數學定理和公式的復雜程度,,顯得吸引力不足,,很難充分激發(fā)學生的興趣,。盡管多部科學史,、數學史科學專著以及相關的科學家傳記作品,,可以為讀者提供更為詳細的發(fā)現故事敘述,卻帶有較強的專業(yè)性,。

    美國科普作家,、普林斯頓大學數學博士、2012年“美國數學聯合會年度傳播獎”得主達納·麥肯齊就談到,,公式是數學與科學的命脈,,但在數學家與公眾之間,往往橫亙著一條宏大的文化鴻溝,人們因為不使用公式這種語言因而難以理解和適應,。因此,,激發(fā)學生對數學、科學的興趣,,培養(yǎng)更多的數學,、科學愛好者,需要用詩意文字來展示數學之美,,需要相對完整而富有趣味性的講述一個個數學發(fā)現的歷程故事,,需要闡明數學定理和公式為人類帶來了哪些璀璨的文明成果,并改變了人類歷史進程,。

    《無言的宇宙》是達納·麥肯齊撰寫的一本數學科普作品。這本書講述了數學史上24個有關數學公式的發(fā)現故事,,并將之串聯起來,,勾勒介紹了數學之于人類認識自然、宇宙的演變過程,。

    全書開篇就指出,,數學一開始就是認識宇宙的工具。這門學科脫胎于測繪,、稅收,、建筑和天文學,古希臘哲學家將之視為純理性的科學,,認為它能穿透實際世界虛幻的表面,,洞悉實質。而在古代印度,、中國,,數學在更長時間中從屬于天文學。中世紀的伊斯蘭世界繼承了古希臘和古印度兩大不同的數學穿透,,將之發(fā)揚廣大,,再傳播到西歐。

    盡管在古代巴比倫,、埃及,、印度和中國,都已經形成與今天一樣的“等式”概念,,但等號卻是在1557年才首次亮相,。而在19世紀之后,等式概念又受到了顛覆性挑戰(zhàn),,數學進一步復雜化,,超越普通人思維。零最早出現在古印度(公元628年),,數學家婆羅摩笈多還闡述了復述的概念,。數學概念的提出和獲得普遍應用,,很多情況下會相隔較長時間。

    古希臘哲學家,、數學家畢達哥拉斯認為,,世界萬物都是由數字統(tǒng)治的,這個判斷是在計算機時代才顯示出其正確性,。畢達哥拉斯還提出了“完全數”,、“質數”等數學概念。同期的東方,,《九章算術》則同樣成為數學的開創(chuàng)性著作,,這本匿名著作的點評人劉徽測出了圓周率小數點的四位準確數字。古代數學就這樣在不同古文明背景下延續(xù)發(fā)展著,。

    數學史上的芝諾悖論相當有名,。假設你認為從A點去B點是可能的,芝諾會與你辯論,,說在到達B點之前,,你必須完成這段路程的一半,在完成半程之前又必須完成半程的半程,,以此類推,,你永遠不可能從A去B。中國古代也有哲學家提出過類似的悖論辯題“一尺之棰,,日取其半,,萬世不竭”。書中點評指出,,這實際上代表著此前一直處于靜止狀態(tài)的數學定理,、公式,遇到了運動狀態(tài),,沒有人能讓時間停止,,不可能出現“日取其半”的極限無窮。

    中世紀后,,數學及以數學為基礎的其他自然科學,,發(fā)展速度進一步加快。開普勒提出了三個數學定律,,而后被牛頓所證明,。天才數學家費馬提出了多個定理和公式,這很大程度上影響了之后的數學發(fā)展,,時至20世紀,,人們仍在設法證明費馬定理。牛頓和萊布尼茨分別創(chuàng)立了微積分,兩人分別側重于物理學和傳統(tǒng)哲學,,這項成果被證明革命性的改變了數學傳統(tǒng)用途(測繪,、天文等)的精確性。18世紀,,歐拉開創(chuàng)了數學家大膽向同行和公眾公布研究成果及進展的方式,,打破了過去很多個世紀內數學家將學術發(fā)現隱匿不發(fā)的傳統(tǒng)。這些為19,、20世紀新代數,、群論、非歐幾何等一大批數學新成果的涌現,,為工業(yè)革命,、第二次工業(yè)革命、新科技革命潮流的到來鋪平了道路,,提供了可信賴的理念和工具,。

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