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必谈的数学趣闻实时更新,冯志远 蔡 莹 孔子古希腊阿基米德,最新章节全文免费阅读

时间:2016-10-25 01:44 /进化变异 / 编辑:陈姐
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必谈的数学趣闻

推荐指数:10分

作品年代: 现代

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《必谈的数学趣闻》在线阅读

《必谈的数学趣闻》第3部分

☆、几何学的奠基人

化圆为方问题

古希腊数学家苛刻地限制几何作图工,规定画几何图形时,只准许使用直尺和圆规,于是,从一些本来很简单的几何作图题中,产生了一批著名的数学难题。除了面讲过的三等分角问题和立方倍积问题之外,还有一个举世闻名的几何作图难题,做化圆为方问题。

据说,最先研究这个问题的人,是一个安拉克萨拉的古希腊学者。

安拉克萨拉生活在公元5世纪,对数学和哲学都有一定的贡献。有一次,他对别人说:“太阳并不是一尊神,而是一个像希腊那样大的火。”结果被他的仇人抓住把柄,说他亵读神灵,给抓了牢

为了打发寞无聊的铁窗生涯,安拉克萨拉专心致志地思考过这样一个数学问题:怎样作出一个正方形,才能使它的面积与某个已知圆的面积相等?这就是化圆为方问题。

当然,安拉克萨拉没能解决这个问题。但他也不必为此愧,因为在他以的2400多年里,许许多多比他更加优秀的数学家,也都未能解决这个问题。

有人说,在西方数学史上,几乎每一个称得上是数学家的人,都曾被化圆为方问题所引过。几乎在每一年里,都有数学家欣喜若狂地宣称:我解决了化圆为方问题!可是不久,人们就发现,在他们的作图过程中,不是在这里就是在那里有着一点小小的,但却是无法改正的错误,随之爆发出一阵阵善意的笑声。

化圆为方问题看上去这样容易,却使那么多的数学家都束手无策,真是不可思议!

年复一年,有关化圆为方的论文雪片似地飞向各国的科学院,多得科学家们无法审读。1775年,法国巴黎科学院还专门召开了一次会议,讨论这些论文给科学院正常工作造成的“烦”,会议通过了一项决议,决定不再审读有关化圆为方问题的论文。

然而,审读也罢,不审读也罢,化圆为方问题以其特有的魅,依旧引着成千上万的人。它不仅引了众多的数学家,也让众多的数学好者为之神颠倒。15世纪时,连欧洲最著名的艺术大师达·芬奇,也曾拿起直尺与圆规,尝试解答过这个问题。

达·芬奇的作图方法很有趣。他首先手做一个圆柱,让这个圆柱的高恰好等于底面圆半径r的一半,底面那个圆的面积是πr2。然,达·芬奇将这个圆柱在纸上厢东一周,在纸上得到一个矩形,这个矩形的是2πr,宽是r/2,面积是πr2,正好等于圆柱底面圆的面积。

经过上面这一步,达·芬奇已经将圆“化”为一个矩形,接下来,只要再将这个矩形改画成一个与它面积相等的正方形,就可以达到“化圆为方”的目的。

达·芬奇解决了化圆为方问题吗?没有,因为他除了使用直尺和圆规之外,还让一个圆柱在纸上去。在尺规作图法中,这显然是一个不能容许的“犯规”作。

与其他的两个几何作图难题一样,化圆为方问题也不能由尺规作图法完成。这个结论是德国数学家林德曼于1882年宣布的。

林德曼是怎样得出这样一个结论的呢?说起来,还与大家熟悉的圆周率π有关呢。

假设已知圆的半径为r,它的面积就是πr2;如果要作的那个正方形边是X,它的面积就是X2。要使这两个图形的面积相等,必须有。

X2=πr2

即X=πr。

于是,能不能化圆为方,就归结为能不能用尺规作出一条像πr那样的线段来。

数学家们已经证明:如果π是一个有理数,像πr这样的线段肯定能由尺规作图法画出来;如果π是一个“超越数”,那么,这样的线段就肯定不能由尺规作图法画出来。

林德曼的伟大功绩,恰恰就在于他最先证明了π是一个超越数,从而最先确认了化圆为方问题是不能由尺规作图法解决的。

三大几何作图难题让人类苦苦思索了2000多年,研究这些数学难题有什么意义呢?

有人说,如果把数学比作是一块瓜田,那么,一个数学难题,就像是瓜叶下偶尔显出来的一节瓜藤,它的周围都被瓜叶遮盖了,不知还有多的藤,也不知还有多少颗瓜。但是,抓住了这节瓜藤,就有可能拽出更的藤,拽出一连串的数学成果来。

数学难题的本,往往并没有什么了不起。但是,要想解决它,就必须发明更普遍、更强有的数学方法来,于是推着人们去寻觅新的数学手段。例如,通过入研究三大几何作图难题,开创了对圆锥曲线的研究,发现了尺规作图的判别准则,来又有代数数和群论的方程论若部分的发展,这些,都对数学发展产生了巨大的影响。

☆、数学竞赛判真伪

中国剩余定理

古时候,我国有一部很重要的数学著作,《孙子算经》。书中的许多古算题,如“物不知数”问题、“兔同笼”问题等等,都编得饶有情趣,1000多年来,一直在国内外广为流传。其中,以物不知数问题最为著名。

物不知数问题的大意是:“有一堆物,不知它的数目。如果每3个一数,最会剩下2个;每5个一数,最会剩3个;每7个一数,最会剩下2个。这堆物的数目。”

这是一个不定方程问题,答案有无穷多组。按照现代解不定方程的一般步骤,解答起来是比较烦的。而若按照我国古代人民发明的一种算法,解答起来就简单得出奇。有人将这种奇妙的算法编成了一首歌谣:

三人同行七十稀,五树梅花廿一枝,

七子团圆正半月,除百零五得知。

歌谣里隐着70、21、15、105这4个数。只要记住这4个数,算出物不知数问题的答案就而易举了。其可贵的是,这种奇妙的算法有普遍的意义,只要是同一类型的题目,都可以用这种方法去解答。

《孙子算经》最先详介绍了这种奇妙的算法。书中说:凡是每3个一数最剩下1个,就取70;每5个一数最剩1个,就取21;每7个一数最剩下1个,就取15。把它们加起来,如果得数比106大,就减去105。最欢均出的数就是所有答案中最小的一个。

在物不知数问题里,每3个一数最剩2,应该取2个70;每5个一数最剩3,应该取3个21;每7个一数最剩2,应该取2个15。由于2×70+3×21+2×15等于233,比106大,应该减去105;相减得128,仍比106大,应该再减去105,得23。瞧,只需寥寥几步,我们就算出了题目的答案。

这种奇妙的算法有许多有趣的名称,如“鬼谷算”、“韩信大点兵”、“秦王暗点兵”等等,并被编成许多有趣的数学故事。它于12世纪末就流传到了欧洲国家。

可是,13世纪下半叶,我国数学家秦九韶遇到了一个与物不知数问题很相似的题目,却不能用这种奇妙的算法来解答。

秦九韶遇到的题目“余米推数”问题,在数学史上也很名。它有一种有趣的表述形式。

一天夜里,一群盗贼洗劫了一家米店,放在店堂里的3箩米几乎被席卷一空。第二天,官府派人勘查了现场,发现3个箩一样大,中间那个箩里还剩下14米,而两边的箩里只剩下1米了。

盗贼偷走了多少米呢?店主不记得每个萝里装了多少米,只记得它们装得一样多。

来,行窃的3个盗贼都被抓住了。可是,他们也不知偷了多少米。那天晚上,店堂里漆黑一团,盗贼甲到了一个马勺,用它从左边那个箩里舀米;盗贼乙到一个木鞋,用它从中间那个箩里舀米;盗贼丙到一个漆碗,用它从右边那个箩里舀米。盗贼们不记得舀了多少次,只记得每次都正好舀,舀完最一次,箩里剩下的米都已不够再舀一次了。

在米店里,人们找到马勺、木鞋和漆碗,发现马勺一次能舀19米,木鞋一次能舀17米,而漆碗一次只能舀12米。问米店共被窃走多少米,3个盗贼各盗窃了多少米?

为什么说余米推数问题与物不知数问题很相似呢?如果把米店被窃走的米数看作是一堆物,这个题目实际上就是:

有一堆物,不知它的数目。如果每19个一数,最剩下1个,每17个一数,最剩14个,每12个一数,最剩下1个。这堆物的数目。

秦九韶想,既然这两个题目很相似,那么,它们的解法也应该很相似。“鬼谷算”解答不了余米推数问题,说明它还不够完善,于是他入探索了古代算法的奥秘,经过苦心钻研,终于在古代算法的基础上,创造出一种更普遍、更强有的奇妙算法。

这种新算法也就是驰名世界的“大衍一术”,它是我国古代数学里最有独创的成就之一。国外直到19世纪,才由大数学家高斯发现同样的定理。因此,这个定理也就被人做“中国剩余定理”。

秦九韶也因此获得了不朽的声誉。西方著名数学史专家萨顿,对秦九韶创造的工作给予了极高的评价,称赞秦九韶是“他的民族、他的时代以至一切时期的最伟大的数学家之一”。

☆、代数之

数学怎样跌“黑洞”

我们来作一个有趣的数字游戏:请你随手写出一个三位数(要三位数字不完全相同),然按照数字从大到小的顺序,把三位数字重新排列,得到一个新数。接下来,再把所得的数的数字顺序颠倒一下,又得到一个新数。把两个新数的差作为一个新的三位数,再重复上述的步骤。继续不鸿地重复下去,你会得到什么样的结果呢?

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必谈的数学趣闻

必谈的数学趣闻

作者:冯志远 蔡 莹
类型:进化变异
完结:
时间:2016-10-25 01:44

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