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从“非诚勿扰”里聊的那些数学说起

数学爱好者俱乐部  · 公众号  · 数学  · 2018-05-11 23:29

正文


作者:林开亮

转载自:数学纵贯线


从前当我还是一个焖烧男单身狗的时候,常常跟室友一起看非诚勿扰,现在时过境迁,都回忆不来当时是什么样的感觉了。不过有两件事印象深刻,因为都与数学有关。


有一期(2015/12/12),某个男嘉宾说,自己在业余钻研数学,取得了一个成果,希望通过非诚勿扰节目在某个报纸上发表论文,于是主持人孟非问他,论文的题目是什么(并表示希望能听得懂),他回答:



当时我在想,坏了,这男嘉宾把自己的学历暴露了。因为我教大一的微积分,但凡学过微积分的人,都应该知道,1跟0.9的循环一般大。在我的班上,不知道这个基本事实的同学,基本上考试是要挂掉的。不过,据我同事说,他有一次出考题,为了让学生过,把题目出得非常简单,第一个选择题,就考这个。可没想到,还是好多学生选错了!当然,要理解这是一个等式并不是那么容易,你需要 极限 的观念。我们就此打住。反过来讲,倘若这位男嘉宾是在没有学过极限观念的情况下,推出了这两个数相等,那也是不简单的。


上面是男嘉宾暴露了自己的学历,更早的一期(2013/08/17)则是女嘉宾集体挂彩了。一位教中学数学的男嘉宾带来了一道题目测试女嘉宾:



令人意外的是,现场居然只有几位女嘉宾算出一个解x=10(一共两个解,另一个解应该是x=-13,而不是男嘉宾说的13)。而孟非说他曾让他上中学的女儿算过这题目,分分钟搞定。对此,我只能对这些女嘉宾表示惊叹,这个一元二次方程的求根公式可以说是中学数学里最有用的公式了,怎么都忘了。来,诸位女神,跟小猪佩奇一起复习一下吧:




【回忆一下,方程是 ax^2+bx+c=0, 求根公式中根号下的△=b^2-4ac 是判别式。】


上面的两个例子是直接论及数学,也有些地方是隐含地展示了数学之美。比如,我们现在切换到2018年的央视春晚,我们来看舞蹈丝路绽放,从几何的眼光看,这个阵形就是一个等边三角形,据此我们可以知道,这个舞蹈中的演员数目一定是一个三角形数,即形如 n(n+1)/2 的数,n 是行数。如果你数一下,就会发现,n=15,据此可以算出总人数为 (15×16)÷2=120,当然这与网上给出的数据一致。



正三角形对应着三角形数,类似的,正方形对应着正方形数(square numbers),即我们通常说的平方数;在三维,有四面体数、立方数(几何上对应着立方体,水立方之立方即源于此)。这种想法可以追溯到古希腊的毕达哥拉斯学派,他们提出了“万物皆数”的理念。他们的信念非常简单:“数统治着宇宙。”


西方的数学家(以柏拉图为典型代表)通常认为,上帝是一位数学家,以数学的眼光和模式创造了万物。因此,在设计制造时,人类(包括工匠和画家)也在自觉或不自觉地模仿上帝,将数学的思想融入到造物中。比如,美妙的几何图形常常融入到建筑设计中,这是梵蒂冈博物馆的螺旋形楼梯,就借用了漂亮的螺旋线:



甚至有专门一本书讲述建筑中的数学:


再如,达芬奇的《维特鲁威人》:


达芬奇《维特鲁威人》


值得注意的是,不论是丝路绽放舞蹈的阵形,还是达芬奇的《维特鲁威人》,亦或是小猪佩奇图片里的一元二次方程求根公式,它们都有一个公共的元素: 对称 。在前面两种情况,是明显的;在求根公式里,对称体现在正、负号 ±上。本质上,在最简单的情况,也可以反映在图形中,如下(对称轴是y轴):



据说,古希腊数学家普洛克拉斯有一句名言

哪里有数,哪里就有美。


鉴于数究竟还是不够形象,我们不妨改写为


哪里有对称,哪里就有美。


对于想要对 对称 这个主题获得一个通俗理解的读者,我们推荐 两本书:

【1】外尔(Hermann Weyl)的精美小书:《对称》,冯承天译,上海科技教育出版社。

【2】丘成桐等主编”数学与人文“丛书中的一本


最后,我们引用一句谚语作结:


Beauty is in the eye of the beholder. (情人眼里出西施。)


- END -


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