八歲的高斯發(fā)現了數學(xué)定理
德國著(zhù)名大科學(xué)家高斯(1777~1855)出生在一個(gè)貧窮的家庭。高斯在還不會(huì )講話(huà)就自己學(xué)計算,在三歲時(shí)有一天晚上他看著(zhù)父親在算工錢(qián)時(shí),還糾正父親計算的錯誤。
長(cháng)大后他成為當代最杰出的天文學(xué)家、數學(xué)家。他在物理的電磁學(xué)方面有一些貢獻,現在電磁學(xué)的一個(gè)單位就是用他的名字命名。數學(xué)家們則稱(chēng)呼他為“數學(xué)王子”。
他八歲時(shí)進(jìn)入鄉村小學(xué)讀書(shū)。教數學(xué)的老師是一個(gè)從城里來(lái)的人,覺(jué)得在一個(gè)窮鄉僻壤教幾個(gè)小猢猻讀書(shū),真是大材小用。而他又有些偏見(jiàn):窮人的孩子天生都是笨蛋,教這些蠢笨的孩子念書(shū)不必認真,如果有機會(huì )還應該處罰他們,使自己在這枯燥的生活里添一些樂(lè )趣。
這一天正是數學(xué)教師情緒低落的一天。同學(xué)們看到老師那抑郁的臉孔,心里畏縮起來(lái),知道老師又會(huì )在今天捉這些學(xué)生處罰了。
無(wú)理數的由來(lái)
公元前500年,古希臘畢達哥拉斯(Pythagoras)學(xué)派的弟子希勃索斯(Hippasus)發(fā)現了一個(gè)驚人的事實(shí),一個(gè)正方形的對角線(xiàn)與 其一邊的長(cháng)度是不可公度的(若正方形邊長(cháng)是1,則對角線(xiàn)的長(cháng)不是一個(gè)有理數)這一不可公度性與畢氏學(xué)派“萬(wàn)物皆為數”(指有理數)的哲理大相徑庭。這一發(fā) 現使該學(xué)派領(lǐng)導人惶恐、惱怒,認為這將動(dòng)搖他們在學(xué)術(shù)界的統治地位。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(cháng)期以來(lái)眾說(shuō)紛壇,得不到正確的解釋?zhuān)瑑蓚€(gè)不可通約的比值也一直被認為是不可理喻的數。15世紀意大利著(zhù)名畫(huà)家達.芬奇稱(chēng)之為“無(wú)理的數”,17世紀德國天文學(xué)家開(kāi)普勒稱(chēng)之為“不可名狀”的數。
然而,真理畢竟是淹沒(méi)不了的,畢氏學(xué)派抹殺真理才是“無(wú)理”。人們?yōu)榱思o念希勃索斯這位為真理而獻身的可敬學(xué)者,就把不可通約的量取名為“無(wú)理數”——這便是“無(wú)理數”的由來(lái).
同時(shí)它導致了第一次數學(xué)危機。
歐幾里德(eucild)生于雅典,接受了希臘古典數學(xué)及各種科學(xué)文化,30歲就成了有名的學(xué)者。
應當時(shí)埃及國王的邀請,他客居亞歷山大城,一邊教學(xué),一邊從事研究。 古希臘的數學(xué)研究有著(zhù)十分悠久的歷史,曾經(jīng)出過(guò)一些幾何學(xué)著(zhù)作,但都是討論某一方面的問(wèn)題,內容不夠系統。
歐幾里德匯集了前人的成果,采用前所未有的獨特編寫(xiě)方式,先提出定義、公理、公設,然后由簡(jiǎn)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、分數、比例等等,終于完成了《幾何原本》這部巨著(zhù)。 《原本》問(wèn)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(yǔ)種。13世紀時(shí)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(jiǎn)單的方法解決復雜的問(wèn)題。他在人的身影與高正好相等的時(shí)刻,測量了金字塔影的長(cháng)度,解決了當時(shí)無(wú)人能解的金字塔高度的大難題。
他說(shuō):“此時(shí)塔影的長(cháng)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(xué)嚴謹的學(xué)者,他反對在做學(xué)問(wèn)時(shí)投機取巧和追求名利,反對投機取巧、急功近利的作風(fēng)。盡管歐幾里德簡(jiǎn)化了他的幾何學(xué),國王(托勒密王)還是不理解,希望找一條學(xué)習幾何的捷徑。
歐幾里德說(shuō):“在幾何學(xué)里,大家只能走一條路,沒(méi)有專(zhuān)為國王鋪設的大道。”這句話(huà)成為千古傳誦的學(xué)習箴言。
一次,他的一個(gè)學(xué)生問(wèn)他,學(xué)會(huì )幾何學(xué)有什么好處?他幽默地對仆人說(shuō):“給他三個(gè)錢(qián)幣,因為他想從學(xué)習中獲取實(shí)利。” 歐氏還有《已知數》《圖形的分割》等著(zhù)作。
華羅庚 華羅庚,數學(xué)家,中國科學(xué)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(xué)初中畢業(yè),后刻苦自學(xué)。1930年后在清華大學(xué)任教。
1936年赴英國劍橋大學(xué)訪(fǎng)問(wèn)、學(xué)習。1938年回國后任西南聯(lián)合大學(xué)教授。
1946年赴美國,任普林斯頓數學(xué)研究所研究員、普林斯頓大學(xué)和伊利諾斯大學(xué)教授,1950年回國。歷任清華大學(xué)教授,中國科學(xué)院數學(xué)研究所、應用數學(xué)研究所所長(cháng)、名譽(yù)所長(cháng),中國數學(xué)學(xué)會(huì )理事長(cháng)、名譽(yù)理事長(cháng),全國數學(xué)競賽委員會(huì )主任,美國國家科學(xué)院國外院士,第三世界科學(xué)院院士,聯(lián)邦德國巴伐利亞科學(xué)院院士,中國科學(xué)院物理學(xué)數學(xué)化學(xué)部副主任、副院長(cháng)、主席團成員,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)數學(xué)系主任、副校長(cháng),中國科協(xié)副主席,國務(wù)院學(xué)位委員會(huì )委員等職。
曾任一至六屆全國人大常務(wù)委員,六屆全國政協(xié)副主席。曾被授予法國南錫大學(xué)、香港中文大學(xué)和美國伊利諾斯大學(xué)榮譽(yù)博士學(xué)位。
主要從事解析數論、矩陣幾何學(xué)、典型群、自守函數論、多復變函數論、偏微分方程、高維數值積分等領(lǐng)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(此結果在數論中有著(zhù)廣泛的應用);對G.H.哈代與J.E.李特爾伍德關(guān)于華林問(wèn)題及E.賴(lài)特關(guān)于塔里問(wèn)題的結果作了重大的改進(jìn),至今仍是最佳紀錄。
在代數方面,證明了歷史長(cháng)久遺留的一維射影幾何的基本定理;給出了體的正規子體一定包含在它的中心之中這個(gè)結果的一個(gè)簡(jiǎn)單而直接的證明,被稱(chēng)為嘉當-布饒爾-華定理。其專(zhuān)著(zhù) 《堆壘素數論》系統地總結、發(fā)展與改進(jìn)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(lái)其主要結果仍居世界領(lǐng)先地位,先后被譯為俄、匈、日、德、英文出版,成為20世紀經(jīng)典數論著(zhù)作之一。
其專(zhuān)著(zhù)《多個(gè)復變典型域上的調和分析》以精密的分析和矩陣技巧,結合群表示論,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。這項工作在調和分析、復分析、微分方程等研究中有著(zhù)廣泛深入的影響,曾獲中國自然科學(xué)獎一等獎。
倡導應用數學(xué)與計算機的研制,曾出版《統籌方法平話(huà)》、《優(yōu)選學(xué)》等多部著(zhù)作并在中國推廣應用。與王元教授合作在近代數論方法應用研究方面獲重要成果,被稱(chēng)為“華-王方法”。
在發(fā)展數學(xué)教育和科學(xué)普及方面做出了重要貢獻。發(fā)表研究論文200多篇,并有專(zhuān)著(zhù)和科普性著(zhù)作數十種。
愛(ài)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(gè)享譽(yù)世界聲譽(yù)的學(xué)者泰勒斯(Thales 約公元前640-546年)的故鄉.泰勒斯早年是一個(gè)商人,以后游歷了巴比倫,埃及等地,很快學(xué)會(huì )了天文和幾何知識. 自然科學(xué)發(fā)展的早期,還沒(méi)有從哲學(xué)分離出來(lái).所以每一個(gè)數學(xué)家都是哲學(xué)家,就像我國每一個(gè)數學(xué)家都是歷法家一樣.要了解人與自然的關(guān)系,以及人在宇宙中所處的位置,首先要研究數學(xué),因為數學(xué)可以幫助人們在混沌中找出秩序,按照邏輯推理求得規律. 泰勒斯是公認的希臘哲學(xué)家的鼻祖.他創(chuàng )立了愛(ài)奧尼亞哲學(xué)學(xué)派,擺脫了宗教,從自然現象中尋找真理,否認神是世界的主宰.他認為處處有生命和運動(dòng),并以水為萬(wàn)物的根源.泰勒斯有崇高的聲望,被尊為希臘七賢之首. 泰勒斯在數學(xué)方面的劃時(shí)代的貢獻是開(kāi)始了命題的證明.他所得到的命題是很簡(jiǎn)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(xiàn)相交,對頂角相等;相似三角。
下面就是一個(gè)小故事,是一個(gè)數字之間的故事。
有一天,數字卡片在一起吃午飯的時(shí)候,最小的一位說(shuō)起話(huà)來(lái)了。 0弟弟說(shuō):“我們大家伙兒,一起拍幾張合影吧,你們覺(jué)得怎么樣?” 0的兄弟姐妹們一口齊聲的說(shuō):“好啊。”
8哥哥說(shuō):“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(shuō)話(huà)了:“8哥,好是好,就是太麻煩了一點(diǎn),到不如用我的數碼照相機,就這么定了吧。” 于是,它們變忙了起來(lái),終于+號幫它們拍好了,就立刻把數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(qián),可它們到底誰(shuí)付錢(qián)呢?它們一個(gè)個(gè)呆呆的望著(zhù)對方,這是電腦姐姐說(shuō):“一共5元錢(qián),你們一共十一個(gè)兄弟姐妹,平均一人付多少元錢(qián)?” 在它們十一個(gè)人中,就數老六最聰明,這回它還是第一個(gè)算出了結果,你知道它是怎么算出來(lái)的嗎? 小朋友你們可知道數學(xué)天才高斯小時(shí)候的故事呢? 高斯念小學(xué)的時(shí)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(xué)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(shí),卻被 高斯叫住了!! 原來(lái)呀,高斯已經(jīng)算出來(lái)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(shuō): 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(gè)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(xué)的學(xué)習過(guò)程早已經(jīng)超越了其它的同學(xué),也因此奠定了他以后的數學(xué)基礎,更讓他成為——數學(xué)天才!在日常生活中,數學(xué)無(wú)處不在,比如說(shuō):買(mǎi)菜、賣(mài)菜、算多少錢(qián)…… 大約1500年前,歐洲的數學(xué)家們是不知道用“0”的。
他們使用羅馬數字。羅馬數字是用幾個(gè)表示數的符號,按照一定規則,把它們組合起來(lái)表示不同的數目。
在這種數字的運用里,不需要“0”這個(gè)數字。而在當時(shí),羅馬帝國有一位學(xué)者從印度記數法里發(fā)現了“0”這個(gè)符號。
他發(fā)現,有了“0”,進(jìn)行數學(xué)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(guò)了一段時(shí)間,這件事被當時(shí)的羅馬教皇知道了。
當時(shí)是歐洲的中世紀,教會(huì )的勢力非常大,羅馬教皇的權利更是遠遠超過(guò)皇帝。教皇非常惱怒,他斥責說(shuō),神圣的數是上帝創(chuàng )造的,在上帝創(chuàng )造的數里沒(méi)有“0”這個(gè)怪物,如今誰(shuí)要把它給引進(jìn)來(lái),誰(shuí)就是褻瀆上帝!于是,教皇就下令,把這位學(xué)者抓了起來(lái),并對他施加了酷刑,用夾子把他的十個(gè)手指頭緊緊夾注,使他兩手殘廢,讓他再也不能握筆寫(xiě)字。
就這樣,“0”被那個(gè)愚昧、殘忍的羅馬教皇明令禁止了。 但是,雖然“0”被禁止使用,然而羅馬的數學(xué)家們還是不管禁令,在數學(xué)的研究中仍然秘密地使用“0”,仍然用“0”做出了很多數學(xué)上的貢獻。
后來(lái)“0”終于在歐洲被廣泛使用,而羅馬數字卻逐漸被淘汰了。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(cháng)時(shí)間,徒弟三人摘完桃子高高興興回來(lái)。師父唐僧問(wèn):你們每人各摘回多少個(gè)桃子? 八戒憨笑著(zhù)說(shuō):師父,我來(lái)考考你。
我們每人摘的一樣多,我筐里的桃子不到100個(gè),如果3個(gè)3個(gè)地數,數到最后還剩1個(gè)。你算算,我們每人摘了多少個(gè)? 沙僧神秘地說(shuō):師父,我也來(lái)考考你。
我筐里的桃子,如果4個(gè)4個(gè)地數,數到最后還剩1個(gè)。你算算,我們每人摘了多少個(gè)? 悟空笑瞇瞇地說(shuō):師父,我也來(lái)考考你。
我筐里的桃子,如果5個(gè)5個(gè)地數,數到最后還剩1個(gè)。你算算,我們每人摘多少個(gè)? 唐僧很快說(shuō)出他們每人摘桃子的個(gè)數。
你知道他們每人摘多少個(gè)桃子嗎?動(dòng)物中的數學(xué)“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(kāi)口,另一端是封閉的六角菱錐形的底,由三個(gè)相同的菱形組成。組成底盤(pán)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(jìn)方向的夾角為54度44分8秒!而金剛石結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也很難畫(huà)出像蜘蛛網(wǎng)那樣勻稱(chēng)的圖案。
冬天,貓睡覺(jué)時(shí)總是把身體抱成一個(gè)球形,這其間也有數學(xué),因為球形使身體的表面積最小,從而散發(fā)的熱量也最少。 真正的數學(xué)“天才”是珊瑚蟲(chóng)。
珊瑚蟲(chóng)在自己的身上記下“日歷”,它們每年在自己的體壁上“刻畫(huà)”出365條斑紋,顯然是一天“畫(huà)”一條。奇怪的是,古生物學(xué)家發(fā)現3億5千萬(wàn)年前的珊瑚蟲(chóng)每年“畫(huà)”出400幅“水彩畫(huà)”。
天文學(xué)家告訴我們,當時(shí)地球一天僅21.9小時(shí),一年不是365天,而是400天。(生活時(shí)報) 英國詩(shī)人捷尼遜寫(xiě)過(guò)一首詩(shī),其中幾行是這樣寫(xiě)的:“每分鐘都有一個(gè)人在死亡,每 分鐘都有一個(gè)人在誕生……”有個(gè)數學(xué)家讀后去信質(zhì)。
高斯念小學(xué)的時(shí)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(xué)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(shí),卻被 高斯叫住了!! 原來(lái)呀,高斯已經(jīng)算出來(lái)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(shuō):
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(gè)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(xué)的學(xué)習過(guò)程早已經(jīng)超越了其它的同學(xué),也因此奠定了他以后的數學(xué)基礎,更讓他成為——數學(xué)天才!
無(wú)理數的由來(lái)公元前500年,古希臘畢達哥拉斯(Pythagoras)學(xué)派的弟子希勃索斯(Hippasus)發(fā)現了一個(gè)驚人的事實(shí),一個(gè)正方形的對角線(xiàn)與 其一邊的長(cháng)度是不可公度的(若正方形邊長(cháng)是1,則對角線(xiàn)的長(cháng)不是一個(gè)有理數)這一不可公度性與畢氏學(xué)派“萬(wàn)物皆為數”(指有理數)的哲理大相徑庭。
這一發(fā) 現使該學(xué)派領(lǐng)導人惶恐、惱怒,認為這將動(dòng)搖他們在學(xué)術(shù)界的統治地位。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(cháng)期以來(lái)眾說(shuō)紛壇,得不到正確的解釋?zhuān)瑑蓚€(gè)不可通約的比值也一直被認為是不可理喻的數。15世紀意大利著(zhù)名畫(huà)家達.芬奇稱(chēng)之為“無(wú)理的數”,17世紀德國天文學(xué)家開(kāi)普勒稱(chēng)之為“不可名狀”的數。
然而,真理畢竟是淹沒(méi)不了的,畢氏學(xué)派抹殺真理才是“無(wú)理”。人們?yōu)榱思o念希勃索斯這位為真理而獻身的可敬學(xué)者,就把不可通約的量取名為“無(wú)理數”——這便是“無(wú)理數”的由來(lái). 同時(shí)它導致了第一次數學(xué)危機。
碑文的奧秘 古希臘亞歷山大里亞的著(zhù)名數學(xué)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(méi)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(cháng)眠于此,倘若你懂得碑文的奧秘,它會(huì )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(guò)了生命的1/12,他長(cháng)出了胡須,其后丟番圖結了婚,不過(guò)還不曾有孩子,這樣又度過(guò)了一生的1/7,再過(guò)5年,他獲得了頭生子,然而他的愛(ài)子竟然早逝,只活了丟番圖壽命的一半,喪子以后,他在數學(xué)研究中尋求慰藉,又度過(guò)了4年,終于也結束了自己的一生。數學(xué)家的遺囑 阿拉伯數學(xué)家花拉子密的遺囑,當時(shí)他的妻子正懷著(zhù)他們的第一胎小孩。
“如果我親愛(ài)的妻子幫我生個(gè)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,這位數學(xué)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(wèn)題就發(fā)生在他的遺囑內容。
如何遵照數學(xué)家的遺囑,將遺產(chǎn)分給他的妻子、兒子、女兒呢?不是洗澡堂 德國女數學(xué)家愛(ài)米·諾德,雖已獲得博士學(xué)位,但無(wú)開(kāi)課“資格”,因為她需要另寫(xiě)論文后,教授才會(huì )討論是否授予她講師資格。當時(shí),著(zhù)名數學(xué)家希爾伯特十分欣賞愛(ài)米的才能,他到處奔走,要求批準她為哥廷根大學(xué)的第一名女講師,但在教授會(huì )上還是出現了爭論。
一位教授激動(dòng)地說(shuō):“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(jìn)大學(xué)評議會(huì )。難道能允許一個(gè)女人進(jìn)入大學(xué)最高學(xué)術(shù)機構嗎?” 另一位教授說(shuō):“當我們的戰士從戰場(chǎng)回到課堂,發(fā)現自己拜倒在女人腳下讀書(shū),會(huì )作何感想呢?” 希爾伯特站起來(lái),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(xué)評議會(huì )畢竟不是洗澡堂!” 終生只能單身 德國杰出的自然學(xué)家亞歷山大·洪堡德在喀山拜訪(fǎng)俄國非歐幾何學(xué)的創(chuàng )建者羅巴切夫斯基時(shí),他問(wèn)數學(xué)家:“為什么您只研究數學(xué)呢?據說(shuō)您對礦物學(xué)造詣很深,您對植物學(xué)也很精通。” 什么您只研究數學(xué)呢?據說(shuō)您對礦物學(xué)造詣很深,您對植物學(xué)也很精通。”
“是的,我很喜歡植物學(xué),”羅巴切夫斯基回答說(shuō),“將來(lái)等我結了婚,我一定搞一個(gè)溫室……” “那您就趕快結婚吧。” “可是恰恰與愿望相反,植物學(xué)和礦物學(xué)的業(yè)余愛(ài)好使我終生只能是單身漢了。”
蝴蝶效應 氣象學(xué)家Lorenz提出一篇論文,名叫「一只蝴蝶拍一下翅膀會(huì )不會(huì )在Taxas州引起龍卷風(fēng)?」論述某系統如果初期條件差一點(diǎn)點(diǎn),結果會(huì )很不穩定,他把這種現象戲稱(chēng)做「蝴蝶效應」。就像我們投擲骰子兩次,無(wú)論我們如何刻意去投擲,兩次的物理現象和投出的點(diǎn)數也不一定是相同的。
Lorenz為何要寫(xiě)這篇論文呢? 這故事發(fā)生在1961年的某個(gè)冬天,他如往常一般在辦公室操作氣象電腦。平時(shí),他只需要將溫度、濕度、壓力等氣象數據輸入,電腦就會(huì )依據三個(gè)內建的微分方程式,計算出下一刻可能的氣象數據,因此模擬出氣象變化圖。
這一天,Lorenz想更進(jìn)一步了解某段紀錄的后續變化,他把某時(shí)刻的氣象數據重新輸入電腦,讓電腦計算出更多的后續結果。當時(shí),電腦處理數據資料的數度不快,在結果出來(lái)之前,足夠他喝杯咖啡并和友人閑聊一陣。
在一小時(shí)后,結果出來(lái)了,不過(guò)令他目瞪口呆。結果和原資訊兩相比較,初期數據還差不多,越到后期,數據差異就越大了,就像是不同的兩筆資訊。
而問(wèn)題并不出在電腦,問(wèn)題是他輸入的數據差了0.000127,而這些微的差異卻造成天壤之別。所以長(cháng)期的準確預測天氣是不可能的。
韓信點(diǎn)兵 韓信點(diǎn)兵又稱(chēng)為中國剩余定理,相傳漢高祖劉邦問(wèn)大將軍韓信統御兵士多少,韓信答說(shuō),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。
我們先考慮下列的問(wèn)題:假設兵不滿(mǎn)一萬(wàn),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9945(注:因為5、9、13、17為兩兩互質(zhì)的整數,故其最小公倍數為這些數的積),然后再加3,得9948(人)。 中國有一本數學(xué)古書(shū)「孫子算經(jīng)」也有類(lèi)似的問(wèn)題:「今有物,不知其數,三三數之,剩二,五五數之,剩三,七七數之,剩二,問(wèn)物幾何?」 答曰:「二十三」 術(shù)曰:「三三數之剩二,置一百四十,五五數之剩三,置六十三,七七數之剩二,置三十,并之,得二百三十三,以二百一十減之,即得。
凡三三數之剩一,則置七十,五五數之剩一,則置二十一,七七數之剩一,則置十五,即得。」 孫子算經(jīng)的作者及確實(shí)著(zhù)作年代均不可考。
不過(guò)根據考證,著(zhù)作年代不會(huì )在晉朝之后,以這個(gè)考證來(lái)說(shuō)上面這種問(wèn)題的解法,中國人發(fā)現得比西方早,所以這個(gè)問(wèn)題的推廣及其解法,被稱(chēng)為中國剩余定理。中國剩余定理(Chinese Remainder Theorem)在近代抽象代數學(xué)中占有一席非常重要的地位。
傳說(shuō),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(lái)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(lái)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(jìn)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(lǐng)。一天,他跨入盛滿(mǎn)水的浴缸洗澡,看到水向外溢,頓時(shí)豁然開(kāi)朗,興奮地喊:“我找到檢驗王冠的方法了”。
阿基米德由此發(fā)現了浮力定理,從而解決了王冠的檢驗問(wèn)題。
在我國古代,也流傳一個(gè)利用浮力原理的“曹沖稱(chēng)象”的故事。曹操的兒子曹沖小時(shí)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(gè)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(gè)辦法。小小的曹沖卻想出了一個(gè)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(jìn)一些石塊,讓木船吃水深度與原來(lái)的刻度一致時(shí)即停止繼續裝石塊。根據浮力原理,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(chēng)出其重量的。“曹沖稱(chēng)象”成為千古美談。
“曹沖稱(chēng)象”的思想不僅僅是利用了物理學(xué)中的浮力原理,也利用了數學(xué)中一個(gè)極為普遍的思想:轉化思想。即把有待解決的問(wèn)題,通過(guò)適當的方法,轉化為已經(jīng)解決或已經(jīng)知道其解決方法的問(wèn)題。
從某種意義上講,數學(xué)證明或數學(xué)計算中的每一步都是一種轉化,轉化思想是數學(xué)中最基本、最重要的一種思想。可以毫不夸張地說(shuō)。轉化能力的高低是衡量一個(gè)人數學(xué)水平的重要標志之一。
匈牙利數學(xué)家羅莎曾經(jīng)對此作過(guò)一個(gè)有趣的比喻:
假如在你面前有煤氣灶、水壺、水籠頭和火柴,現在要燒一壺開(kāi)水,你應該怎樣做?
回答很簡(jiǎn)單,誰(shuí)都知道應該怎樣做。在水壺中加滿(mǎn)水;點(diǎn)燃煤氣;把水壺放到煤氣灶上。 接著(zhù)羅莎再提出問(wèn)題:現在所有的條件都和原來(lái)一樣,只是水壺中已灌滿(mǎn)了水,這時(shí)你又應該怎樣做?對于這一問(wèn)題人們通常的回答往往是:那就只要點(diǎn)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(xué)家才會(huì )這樣做,而數學(xué)家則會(huì )倒去壺中的水,因為他已經(jīng)把后一問(wèn)題轉化為前一個(gè)問(wèn)題了,而前一問(wèn)題是已經(jīng)解決了的。
羅莎的比喻也許過(guò)于夸張,但它的確表明了數學(xué)思想方法的一個(gè)特點(diǎn),善于使用轉化的方法。
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