八歲的高斯發(fā)現(xiàn)了數(shù)學定理
德國著名大科學家高斯(1777~1855)出生在一個貧窮的家庭。高斯在還不會講話就自己學計算,在三歲時有一天晚上他看著父親在算工錢時,還糾正父親計算的錯誤。
長大后他成為當代最杰出的天文學家、數(shù)學家。他在物理的電磁學方面有一些貢獻,現(xiàn)在電磁學的一個單位就是用他的名字命名。數(shù)學家們則稱呼他為“數(shù)學王子”。
他八歲時進入鄉(xiāng)村小學讀書。教數(shù)學的老師是一個從城里來的人,覺得在一個窮鄉(xiāng)僻壤教幾個小猢猻讀書,真是大材小用。而他又有些偏見:窮人的孩子天生都是笨蛋,教這些蠢笨的孩子念書不必認真,如果有機會還應該處罰他們,使自己在這枯燥的生活里添一些樂趣。
這一天正是數(shù)學教師情緒低落的一天。同學們看到老師那抑郁的臉孔,心里畏縮起來,知道老師又會在今天捉這些學生處罰了。
無理數(shù)的由來
公元前500年,古希臘畢達哥拉斯(Pythagoras)學派的弟子希勃索斯(Hippasus)發(fā)現(xiàn)了一個驚人的事實,一個正方形的對角線與 其一邊的長度是不可公度的(若正方形邊長是1,則對角線的長不是一個有理數(shù))這一不可公度性與畢氏學派“萬物皆為數(shù)”(指有理數(shù))的哲理大相徑庭。這一發(fā) 現(xiàn)使該學派領導人惶恐、惱怒,認為這將動搖他們在學術界的統(tǒng)治地位。希勃索斯因此被囚禁,受到百般折磨,最后競遭到沉舟身亡的懲處。
不可通約的本質(zhì)是什么?長期以來眾說紛壇,得不到正確的解釋,兩個不可通約的比值也一直被認為是不可理喻的數(shù)。15世紀意大利著名畫家達.芬奇稱之為“無理的數(shù)”,17世紀德國天文學家開普勒稱之為“不可名狀”的數(shù)。
然而,真理畢竟是淹沒不了的,畢氏學派抹殺真理才是“無理”。人們?yōu)榱思o念希勃索斯這位為真理而獻身的可敬學者,就把不可通約的量取名為“無理數(shù)”——這便是“無理數(shù)”的由來.
同時它導致了第一次數(shù)學危機。
歐幾里德(eucild)生于雅典,接受了希臘古典數(shù)學及各種科學文化,30歲就成了有名的學者。
應當時埃及國王的邀請,他客居亞歷山大城,一邊教學,一邊從事研究。 古希臘的數(shù)學研究有著十分悠久的歷史,曾經(jīng)出過一些幾何學著作,但都是討論某一方面的問題,內(nèi)容不夠系統(tǒng)。
歐幾里德匯集了前人的成果,采用前所未有的獨特編寫方式,先提出定義、公理、公設,然后由簡到繁地證明了一系列定理,討論了平面圖形和立體圖形,還討論了整數(shù)、分數(shù)、比例等等,終于完成了《幾何原本》這部巨著。 《原本》問世后,它的手抄本流傳了1800多年。
1482年印刷發(fā)行以后,重版了大約一千版次,還被譯為世界各主要語種。13世紀時曾傳入中國,不久就失傳了,1607年重新翻譯了前六卷,1857年又翻譯了后九卷。
歐幾里德善于用簡單的方法解決復雜的問題。他在人的身影與高正好相等的時刻,測量了金字塔影的長度,解決了當時無人能解的金字塔高度的大難題。
他說:“此時塔影的長度就是金字塔的高度?!?歐幾里德是位溫良敦厚的教育家。
歐幾里得也是一位治學嚴謹?shù)膶W者,他反對在做學問時投機取巧和追求名利,反對投機取巧、急功近利的作風。盡管歐幾里德簡化了他的幾何學,國王(托勒密王)還是不理解,希望找一條學習幾何的捷徑。
歐幾里德說:“在幾何學里,大家只能走一條路,沒有專為國王鋪設的大道?!边@句話成為千古傳誦的學習箴言。
一次,他的一個學生問他,學會幾何學有什么好處?他幽默地對仆人說:“給他三個錢幣,因為他想從學習中獲取實利?!?歐氏還有《已知數(shù)》《圖形的分割》等著作。
華羅庚 華羅庚,數(shù)學家,中國科學院院士。 1910年11月12日生于江蘇金壇,1985年6月12日卒于日本東京。
1924年金壇中學初中畢業(yè),后刻苦自學。1930年后在清華大學任教。
1936年赴英國劍橋大學訪問、學習。1938年回國后任西南聯(lián)合大學教授。
1946年赴美國,任普林斯頓數(shù)學研究所研究員、普林斯頓大學和伊利諾斯大學教授,1950年回國。歷任清華大學教授,中國科學院數(shù)學研究所、應用數(shù)學研究所所長、名譽所長,中國數(shù)學學會理事長、名譽理事長,全國數(shù)學競賽委員會主任,美國國家科學院國外院士,第三世界科學院院士,聯(lián)邦德國巴伐利亞科學院院士,中國科學院物理學數(shù)學化學部副主任、副院長、主席團成員,中國科學技術大學數(shù)學系主任、副校長,中國科協(xié)副主席,國務院學位委員會委員等職。
曾任一至六屆全國人大常務委員,六屆全國政協(xié)副主席。曾被授予法國南錫大學、香港中文大學和美國伊利諾斯大學榮譽博士學位。
主要從事解析數(shù)論、矩陣幾何學、典型群、自守函數(shù)論、多復變函數(shù)論、偏微分方程、高維數(shù)值積分等領域的研究與教授工作并取得突出成就。40年代,解決了高斯完整三角和的估計這一歷史難題,得到了最佳誤差階估計(此結(jié)果在數(shù)論中有著廣泛的應用);對G.H.哈代與J.E.李特爾伍德關于華林問題及E.賴特關于塔里問題的結(jié)果作了重大的改進,至今仍是最佳紀錄。
在代數(shù)方面,證明了歷史長久遺留的一維射影幾何的基本定理;給出了體的正規(guī)子體一定包含在它的中心之中這個結(jié)果的一個簡單而直接的證明,被稱為嘉當-布饒爾-華定理。其專著 《堆壘素數(shù)論》系統(tǒng)地總結(jié)、發(fā)展與改進了哈代與李特爾伍德圓法、維諾格拉多夫三角和估計方法及他本人的方法,發(fā)表40余年來其主要結(jié)果仍居世界領先地位,先后被譯為俄、匈、日、德、英文出版,成為20世紀經(jīng)典數(shù)論著作之一。
其專著《多個復變典型域上的調(diào)和分析》以精密的分析和矩陣技巧,結(jié)合群表示論,具體給出了典型域的完整正交系,從而給出了柯西與泊松核的表達式。這項工作在調(diào)和分析、復分析、微分方程等研究中有著廣泛深入的影響,曾獲中國自然科學獎一等獎。
倡導應用數(shù)學與計算機的研制,曾出版《統(tǒng)籌方法平話》、《優(yōu)選學》等多部著作并在中國推廣應用。與王元教授合作在近代數(shù)論方法應用研究方面獲重要成果,被稱為“華-王方法”。
在發(fā)展數(shù)學教育和科學普及方面做出了重要貢獻。發(fā)表研究論文200多篇,并有專著和科普性著作數(shù)十種。
愛奧尼亞最繁盛的城市是米利都(Miletus,小亞細亞西南角海岸).地居東西方交通的要沖,也是古希臘第一個享譽世界聲譽的學者泰勒斯(Thales 約公元前640-546年)的故鄉(xiāng).泰勒斯早年是一個商人,以后游歷了巴比倫,埃及等地,很快學會了天文和幾何知識. 自然科學發(fā)展的早期,還沒有從哲學分離出來.所以每一個數(shù)學家都是哲學家,就像我國每一個數(shù)學家都是歷法家一樣.要了解人與自然的關系,以及人在宇宙中所處的位置,首先要研究數(shù)學,因為數(shù)學可以幫助人們在混沌中找出秩序,按照邏輯推理求得規(guī)律. 泰勒斯是公認的希臘哲學家的鼻祖.他創(chuàng)立了愛奧尼亞哲學學派,擺脫了宗教,從自然現(xiàn)象中尋找真理,否認神是世界的主宰.他認為處處有生命和運動,并以水為萬物的根源.泰勒斯有崇高的聲望,被尊為希臘七賢之首. 泰勒斯在數(shù)學方面的劃時代的貢獻是開始了命題的證明.他所得到的命題是很簡單的.如圓被任一直徑平分;等腰三角形兩底角相等;兩條直線相交,對頂角相等;相似三角。
下面就是一個小故事,是一個數(shù)字之間的故事。
有一天,數(shù)字卡片在一起吃午飯的時候,最小的一位說起話來了。 0弟弟說:“我們大家伙兒,一起拍幾張合影吧,你們覺得怎么樣?” 0的兄弟姐妹們一口齊聲的說:“好啊?!?/p>
8哥哥說:“0弟弟的主意可真不錯,我就做一回好人吧,我老8供應照相機和膠卷,好吧?” 老4說話了:“8哥,好是好,就是太麻煩了一點,到不如用我的數(shù)碼照相機,就這么定了吧。” 于是,它們變忙了起來,終于+號幫它們拍好了,就立刻把數(shù)碼照相機送往沖印店,沖是沖好了,電腦姐姐身手想它們要錢,可它們到底誰付錢呢?它們一個個呆呆的望著對方,這是電腦姐姐說:“一共5元錢,你們一共十一個兄弟姐妹,平均一人付多少元錢?” 在它們十一個人中,就數(shù)老六最聰明,這回它還是第一個算出了結(jié)果,你知道它是怎么算出來的嗎? 小朋友你們可知道數(shù)學天才高斯小時候的故事呢? 高斯念小學的時候,有一次在老師教完加法后,因為老師想要休息,所以便出了一道題目要同學們算算看,題目是: 1+2+3+ 。
.. +97+98+99+100 = ? 老師心里正想,這下子小朋友一定要算到下課了吧!正要借口出去時,卻被 高斯叫住了?。?原來呀,高斯已經(jīng)算出來了,小朋友你可知道他是如何算的嗎? 高斯告訴大家他是如何算出的:把 1加 至 100 與 100 加至 1 排成兩排相加,也就是說: 1+2+3+4+ 。.. +96+97+98+99+100 100+99+98+97+96+ 。
.. +4+3+2+1 =101+101+101+ 。.. +101+101+101+101 共有一百個101相加,但算式重復了兩次,所以把10100 除以 2便得到答案等于 從此以后高斯小學的學習過程早已經(jīng)超越了其它的同學,也因此奠定了他以后的數(shù)學基礎,更讓他成為——數(shù)學天才!在日常生活中,數(shù)學無處不在,比如說:買菜、賣菜、算多少錢…… 大約1500年前,歐洲的數(shù)學家們是不知道用“0”的。
他們使用羅馬數(shù)字。羅馬數(shù)字是用幾個表示數(shù)的符號,按照一定規(guī)則,把它們組合起來表示不同的數(shù)目。
在這種數(shù)字的運用里,不需要“0”這個數(shù)字。而在當時,羅馬帝國有一位學者從印度記數(shù)法里發(fā)現(xiàn)了“0”這個符號。
他發(fā)現(xiàn),有了“0”,進行數(shù)學運算方便極了,他非常高興,還把印度人使用“0”的方法向大家做了介紹。過了一段時間,這件事被當時的羅馬教皇知道了。
當時是歐洲的中世紀,教會的勢力非常大,羅馬教皇的權(quán)利更是遠遠超過皇帝。教皇非常惱怒,他斥責說,神圣的數(shù)是上帝創(chuàng)造的,在上帝創(chuàng)造的數(shù)里沒有“0”這個怪物,如今誰要把它給引進來,誰就是褻瀆上帝!于是,教皇就下令,把這位學者抓了起來,并對他施加了酷刑,用夾子把他的十個手指頭緊緊夾注,使他兩手殘廢,讓他再也不能握筆寫字。
就這樣,“0”被那個愚昧、殘忍的羅馬教皇明令禁止了。 但是,雖然“0”被禁止使用,然而羅馬的數(shù)學家們還是不管禁令,在數(shù)學的研究中仍然秘密地使用“0”,仍然用“0”做出了很多數(shù)學上的貢獻。
后來“0”終于在歐洲被廣泛使用,而羅馬數(shù)字卻逐漸被淘汰了。唐僧師徒摘桃子 一天,唐僧命徒弟悟空、八戒、沙僧三人去花果山摘些桃子。
不長時間,徒弟三人摘完桃子高高興興回來。師父唐僧問:你們每人各摘回多少個桃子? 八戒憨笑著說:師父,我來考考你。
我們每人摘的一樣多,我筐里的桃子不到100個,如果3個3個地數(shù),數(shù)到最后還剩1個。你算算,我們每人摘了多少個? 沙僧神秘地說:師父,我也來考考你。
我筐里的桃子,如果4個4個地數(shù),數(shù)到最后還剩1個。你算算,我們每人摘了多少個? 悟空笑瞇瞇地說:師父,我也來考考你。
我筐里的桃子,如果5個5個地數(shù),數(shù)到最后還剩1個。你算算,我們每人摘多少個? 唐僧很快說出他們每人摘桃子的個數(shù)。
你知道他們每人摘多少個桃子嗎?動物中的數(shù)學“天才” 蜜蜂蜂房是嚴格的六角柱狀體,它的一端是平整的六角形開口,另一端是封閉的六角菱錐形的底,由三個相同的菱形組成。組成底盤的菱形的鈍角為109度28分,所有的銳角為70度32分,這樣既堅固又省料。
蜂房的巢壁厚0.073毫米,誤差極小。 丹頂鶴總是成群結(jié)隊遷飛,而且排成“人”字形。
“人”字形的角度是110度。更精確地計算還表明“人”字形夾角的一半——即每邊與鶴群前進方向的夾角為54度44分8秒!而金剛石結(jié)晶體的角度正好也是54度44分8秒!是巧合還是某種大自然的“默契”? 蜘蛛結(jié)的“八卦”形網(wǎng),是既復雜又美麗的八角形幾何圖案,人們即使用直尺的圓規(guī)也很難畫出像蜘蛛網(wǎng)那樣勻稱的圖案。
冬天,貓睡覺時總是把身體抱成一個球形,這其間也有數(shù)學,因為球形使身體的表面積最小,從而散發(fā)的熱量也最少。 真正的數(shù)學“天才”是珊瑚蟲。
珊瑚蟲在自己的身上記下“日歷”,它們每年在自己的體壁上“刻畫”出365條斑紋,顯然是一天“畫”一條。奇怪的是,古生物學家發(fā)現(xiàn)3億5千萬年前的珊瑚蟲每年“畫”出400幅“水彩畫”。
天文學家告訴我們,當時地球一天僅21.9小時,一年不是365天,而是400天。(生活時報) 英國詩人捷尼遜寫過一首詩,其中幾行是這樣寫的:“每分鐘都有一個人在死亡,每 分鐘都有一個人在誕生……”有個數(shù)學家讀后去信質(zhì)。
高斯念小學的時候,有一次在老師教完加法后,因為老師想要休息,所以便出了一道題目要同學們算算看,題目是:
1+2+3+ 。.. +97+98+99+100 = ?
老師心里正想,這下子小朋友一定要算到下課了吧!正要借口出去時,卻被 高斯叫住了?。?原來呀,高斯已經(jīng)算出來了,小朋友你可知道他是如何算的嗎?
高斯告訴大家他是如何算出的:把 1加 至 100 與 100 加至 1 排成兩排相加,也就是說:
1+2+3+4+ 。.. +96+97+98+99+100
100+99+98+97+96+ 。.. +4+3+2+1
=101+101+101+ 。.. +101+101+101+101
共有一百個101相加,但算式重復了兩次,所以把10100 除以 2便得到答案等于 <5050>
從此以后高斯小學的學習過程早已經(jīng)超越了其它的同學,也因此奠定了他以后的數(shù)學基礎,更讓他成為——數(shù)學天才!
無理數(shù)的由來公元前500年,古希臘畢達哥拉斯(Pythagoras)學派的弟子希勃索斯(Hippasus)發(fā)現(xiàn)了一個驚人的事實,一個正方形的對角線與 其一邊的長度是不可公度的(若正方形邊長是1,則對角線的長不是一個有理數(shù))這一不可公度性與畢氏學派“萬物皆為數(shù)”(指有理數(shù))的哲理大相徑庭。
這一發(fā) 現(xiàn)使該學派領導人惶恐、惱怒,認為這將動搖他們在學術界的統(tǒng)治地位。希勃索斯因此被囚禁,受到百般折磨,最后競遭到沉舟身亡的懲處。
不可通約的本質(zhì)是什么?長期以來眾說紛壇,得不到正確的解釋,兩個不可通約的比值也一直被認為是不可理喻的數(shù)。15世紀意大利著名畫家達.芬奇稱之為“無理的數(shù)”,17世紀德國天文學家開普勒稱之為“不可名狀”的數(shù)。
然而,真理畢竟是淹沒不了的,畢氏學派抹殺真理才是“無理”。人們?yōu)榱思o念希勃索斯這位為真理而獻身的可敬學者,就把不可通約的量取名為“無理數(shù)”——這便是“無理數(shù)”的由來. 同時它導致了第一次數(shù)學危機。
碑文的奧秘 古希臘亞歷山大里亞的著名數(shù)學家丟番圖,人們只知道他是公元3世紀的人,其年齡和生平史籍上都沒有明確的記載。
但是,在他的墓碑上可以得知一二,而且它告訴人們,他終年是84歲。丟番圖的墓碑是這樣的:丟番圖長眠于此,倘若你懂得碑文的奧秘,它會告訴你丟番圖的壽命。
諸神賜予他的生命的1/6是童年,再過了生命的1/12,他長出了胡須,其后丟番圖結(jié)了婚,不過還不曾有孩子,這樣又度過了一生的1/7,再過5年,他獲得了頭生子,然而他的愛子竟然早逝,只活了丟番圖壽命的一半,喪子以后,他在數(shù)學研究中尋求慰藉,又度過了4年,終于也結(jié)束了自己的一生。數(shù)學家的遺囑 阿拉伯數(shù)學家花拉子密的遺囑,當時他的妻子正懷著他們的第一胎小孩。
“如果我親愛的妻子幫我生個兒子,我的兒子將繼承三分之二的遺產(chǎn),我的妻子將得三分之一;如果是生女的,我的妻子將繼承三分之二的遺產(chǎn),我的女兒將得三分之一?!?。
而不幸的是,在孩子出生前,這位數(shù)學家就去世了。之后,發(fā)生的事更困擾大家,他的妻子幫他生了一對龍鳳胎,而問題就發(fā)生在他的遺囑內(nèi)容。
如何遵照數(shù)學家的遺囑,將遺產(chǎn)分給他的妻子、兒子、女兒呢?不是洗澡堂 德國女數(shù)學家愛米·諾德,雖已獲得博士學位,但無開課“資格”,因為她需要另寫論文后,教授才會討論是否授予她講師資格。當時,著名數(shù)學家希爾伯特十分欣賞愛米的才能,他到處奔走,要求批準她為哥廷根大學的第一名女講師,但在教授會上還是出現(xiàn)了爭論。
一位教授激動地說:“怎么能讓女人當講師呢?如果讓她當講師,以后她就要成為教授,甚至進大學評議會。難道能允許一個女人進入大學最高學術機構(gòu)嗎?” 另一位教授說:“當我們的戰(zhàn)士從戰(zhàn)場回到課堂,發(fā)現(xiàn)自己拜倒在女人腳下讀書,會作何感想呢?” 希爾伯特站起來,堅定地批駁道:“先生們,候選人的性別絕不應成為反對她當講師的理由。
大學評議會畢竟不是洗澡堂!” 終生只能單身 德國杰出的自然學家亞歷山大·洪堡德在喀山拜訪俄國非歐幾何學的創(chuàng)建者羅巴切夫斯基時,他問數(shù)學家:“為什么您只研究數(shù)學呢?據(jù)說您對礦物學造詣很深,您對植物學也很精通?!?什么您只研究數(shù)學呢?據(jù)說您對礦物學造詣很深,您對植物學也很精通?!?/p>
“是的,我很喜歡植物學,”羅巴切夫斯基回答說,“將來等我結(jié)了婚,我一定搞一個溫室……” “那您就趕快結(jié)婚吧?!?“可是恰恰與愿望相反,植物學和礦物學的業(yè)余愛好使我終生只能是單身漢了。”
蝴蝶效應 氣象學家Lorenz提出一篇論文,名叫「一只蝴蝶拍一下翅膀會不會在Taxas州引起龍卷風?」論述某系統(tǒng)如果初期條件差一點點,結(jié)果會很不穩(wěn)定,他把這種現(xiàn)象戲稱做「蝴蝶效應」。就像我們投擲骰子兩次,無論我們?nèi)绾慰桃馊ネ稊S,兩次的物理現(xiàn)象和投出的點數(shù)也不一定是相同的。
Lorenz為何要寫這篇論文呢? 這故事發(fā)生在1961年的某個冬天,他如往常一般在辦公室操作氣象電腦。平時,他只需要將溫度、濕度、壓力等氣象數(shù)據(jù)輸入,電腦就會依據(jù)三個內(nèi)建的微分方程式,計算出下一刻可能的氣象數(shù)據(jù),因此模擬出氣象變化圖。
這一天,Lorenz想更進一步了解某段紀錄的后續(xù)變化,他把某時刻的氣象數(shù)據(jù)重新輸入電腦,讓電腦計算出更多的后續(xù)結(jié)果。當時,電腦處理數(shù)據(jù)資料的數(shù)度不快,在結(jié)果出來之前,足夠他喝杯咖啡并和友人閑聊一陣。
在一小時后,結(jié)果出來了,不過令他目瞪口呆。結(jié)果和原資訊兩相比較,初期數(shù)據(jù)還差不多,越到后期,數(shù)據(jù)差異就越大了,就像是不同的兩筆資訊。
而問題并不出在電腦,問題是他輸入的數(shù)據(jù)差了0.000127,而這些微的差異卻造成天壤之別。所以長期的準確預測天氣是不可能的。
韓信點兵 韓信點兵又稱為中國剩余定理,相傳漢高祖劉邦問大將軍韓信統(tǒng)御兵士多少,韓信答說,每3人一列余1人、5人一列余2人、7人一列余4人、13人一列余6人……。劉邦茫然而不知其數(shù)。
我們先考慮下列的問題:假設兵不滿一萬,每5人一列、9人一列、13人一列、17人一列都剩3人,則兵有多少? 首先我們先求5、9、13、17之最小公倍數(shù)9945(注:因為5、9、13、17為兩兩互質(zhì)的整數(shù),故其最小公倍數(shù)為這些數(shù)的積),然后再加3,得9948(人)。 中國有一本數(shù)學古書「孫子算經(jīng)」也有類似的問題:「今有物,不知其數(shù),三三數(shù)之,剩二,五五數(shù)之,剩三,七七數(shù)之,剩二,問物幾何?」 答曰:「二十三」 術曰:「三三數(shù)之剩二,置一百四十,五五數(shù)之剩三,置六十三,七七數(shù)之剩二,置三十,并之,得二百三十三,以二百一十減之,即得。
凡三三數(shù)之剩一,則置七十,五五數(shù)之剩一,則置二十一,七七數(shù)之剩一,則置十五,即得?!?孫子算經(jīng)的作者及確實著作年代均不可考。
不過根據(jù)考證,著作年代不會在晉朝之后,以這個考證來說上面這種問題的解法,中國人發(fā)現(xiàn)得比西方早,所以這個問題的推廣及其解法,被稱為中國剩余定理。中國剩余定理(Chinese Remainder Theorem)在近代抽象代數(shù)學中占有一席非常重要的地位。
傳說,在公元前287年,敘拉古王國的國王打了勝仗,為了慶祝勝利,他決定獻給神一頂金子做的王冠。他找來一位珠寶商,給了他一些金子讓他制造一頂王冠。王冠制作得很漂亮,重量也跟原來國王給的黃金一樣重。但是國王還是懷疑珠寶商盜竊了一部分黃金,而在王冠中摻進了同等重量的白銀。他請阿基米德鑒定王冠是不是純金的,但不許拆散王冠。阿基米德冥思苦想多天,都不得要領。一天,他跨入盛滿水的浴缸洗澡,看到水向外溢,頓時豁然開朗,興奮地喊:“我找到檢驗王冠的方法了”。
阿基米德由此發(fā)現(xiàn)了浮力定理,從而解決了王冠的檢驗問題。
在我國古代,也流傳一個利用浮力原理的“曹沖稱象”的故事。曹操的兒子曹沖小時候非常聰明。一天,有人送給曹操一只大象,曹操很高興,想知道這個龐然大物究竟有多重。但是到哪里去找這樣大的秤呢?魏國的謀臣武士們絞盡腦汁,也想不出一個辦法。小小的曹沖卻想出了一個妙法:他教人把大象牽到一只大木船上,刻下木船的吃水深度;然后把大象牽下船而向船上裝進一些石塊,讓木船吃水深度與原來的刻度一致時即停止繼續(xù)裝石塊。根據(jù)浮力原理,大象的重量和船上石塊的重量相等,而分散的石塊是可以用普通的秤稱出其重量的?!安軟_稱象”成為千古美談。
“曹沖稱象”的思想不僅僅是利用了物理學中的浮力原理,也利用了數(shù)學中一個極為普遍的思想:轉(zhuǎn)化思想。即把有待解決的問題,通過適當?shù)姆椒?,轉(zhuǎn)化為已經(jīng)解決或已經(jīng)知道其解決方法的問題。
從某種意義上講,數(shù)學證明或數(shù)學計算中的每一步都是一種轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化思想是數(shù)學中最基本、最重要的一種思想。可以毫不夸張地說。轉(zhuǎn)化能力的高低是衡量一個人數(shù)學水平的重要標志之一。
匈牙利數(shù)學家羅莎曾經(jīng)對此作過一個有趣的比喻:
假如在你面前有煤氣灶、水壺、水籠頭和火柴,現(xiàn)在要燒一壺開水,你應該怎樣做?
回答很簡單,誰都知道應該怎樣做。在水壺中加滿水;點燃煤氣;把水壺放到煤氣灶上。 接著羅莎再提出問題:現(xiàn)在所有的條件都和原來一樣,只是水壺中已灌滿了水,這時你又應該怎樣做?對于這一問題人們通常的回答往往是:那就只要點燃煤氣,再把水壺放到煤氣灶上就可以了。但羅莎指出,這不是最好的回答,因為只有物理學家才會這樣做,而數(shù)學家則會倒去壺中的水,因為他已經(jīng)把后一問題轉(zhuǎn)化為前一個問題了,而前一問題是已經(jīng)解決了的。
羅莎的比喻也許過于夸張,但它的確表明了數(shù)學思想方法的一個特點,善于使用轉(zhuǎn)化的方法。
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