你也可以發現數學定理
來源:奧數網 文章作者:奧數網整理 2010-02-18 15:45:30

——有生活的地方就有數學
相信很多人都會有這種印象:數學是一門深奧的科學,除了在學校和課本可以念到外,在實際生活中很少看到它,而且在日常生活中,除了加減乘除外,就很少用到它。
對于喜歡數學的人,他們在讀到一些數學家的傳記,或者關于他們的發現,往往會產生這樣的想法:這些人真的很聰明,如果不是天才怎么會發現這些難得的定理或理論呢?
這些看法和印象并不全部正確。今天我想告訴你的就是如果有天才的話,你也是一個天才。只要你有了一些基礎知識,你懂得一些研究的方法,也可以作一點研究,也會有新發現,數學并不是只有數學家才能研究的。
有生活的地方就有數學
人類靠著勞動的雙手創造了財富,數學也和其他科學一樣產生于實踐?梢哉f有生活的地方就有數學。
你看木匠要做一個橢圓的桌面,拿了二根釘釘在木板上,然后用一條打結的繩子和粉筆,就可以在木板上畫出一個漂亮的橢圓出來。
如果你時常郵寄信件,在貼郵票時你會發現一個這樣的現象:任何大于7元的整數款項的郵費,往往可以用票面值3元和5元的郵票湊合起來。這里就有數學。
如果你是整天要拿著刀和鑊鏟在廚房里工作的廚子,看來數學是和你無緣?墒悄阌袥]有想到就在你的工作也會出現數學問題。奇怪嗎?事實上是不奇怪的。
比方說,你現在準備煮“麻婆豆腐”,你把一大堆豆腐放在砧板上,如果你不想用手去動豆腐,而想一刀刀切下去把豆腐切出越多塊越好。那么在最初一刀,你最多切出二塊,第二刀你切出四塊,第三刀你最多可以切出多少塊呢?你切了第五刀最多能切出多少塊呢?這里不是有數學問題嗎?你會驚奇有一個公式可以算出第n刀得出的塊數。
我們每天或多或少都會和錢打交道。你可能也會注意到這樣的現象:任何一筆多于6元的整數款項可以用2元硬幣及5元紙幣來支付。
不是嗎?7元可以用一張2元和一張5元的紙幣來支付,8元可以用四張2元紙幣,9元可以用二張2元紙幣和一張5元紙幣去支付。一般情形怎么樣呢?
你說這不是很容易嗎?如果錢數是偶數的話,我只要用若干張2元去應付就行了,如果是奇數的話,我只要先付一張5元鈔票,剩下的是偶數款項,當然就可以用2元紙幣去處理。是的,這里你就用到了整數的性質。
從這些例子你可以看到數學是在日常生活中是有用的,如果你細心的話,以后你會發現就在你工作的地方會有一些數學問題產生。
發現數學定理的秘訣
數學家是怎樣發現數學定理呢?他們是否有一個秘訣?如果能知道那是多好!
是的,這里有一個秘訣,下面的一個真實故事就會告訴你秘訣是在哪里?
在中國湖南省的一個農村生產隊,在1964年以前禾苗年年受到蟲害,糧食老是不夠,畝產最多是五百多斤。
那里的蟲害最厲害的是一種叫蟻螟的蟲,它們能使稻枯心,農民最初看到禾苗出現白線子才噴藥?墒寝r藥噴了,蟲卻沒治好。有一個農民看到這種情形,他決定要想法子根治這種蟲害,可是有人卻認為他文化低,不可能做出這樣的事來?但是他不理會這些意見。當第一代的螟蛾生出后,他就守在田邊觀看,看蛾子如何產卵,發現卵塊的地方就插標記,記下產卵日期,看它什么時候孵化。不管刮風下雨,日夜不離田邊,終于揭開了秘密。掌握到了這種蟲的生長規律,于是就有法子消滅它。以后也控制了其它蟲害,糧食畝產到目前增至一千二百多斤。
許多人承認在科學上的發現和發明:如物理上的落體定律,化學上的合成胰島素,鏈霉素,在生物上的發現遺傳規律,在醫學上用針灸醫治聾啞病癥者,都是需要依靠實驗和觀察。我說數學上的發現也是靠觀察得來的,讀者不是會覺得奇怪嗎?
數學是研究一些數、形、集合、關系和運算的性質和變化的規律,人們是怎樣知道這些性質和規律呢?
是不是像一些宣傳宗教的小冊子講,連那大名鼎鼎的17世紀的英國科學家牛頓,也是因為他很虔誠,為上帝所寵愛,讓一個蘋果在他頭上掉下,啟發他發現物理上的《萬有引力定律》?人的活動是上帝在操縱嗎?
讓我們看一看 18世紀的一個大數學家歐拉(Leonard Euler1707—1783)的一些意見吧!
歐拉在他的一篇:《純數學的觀察問題》的文章里寫道:“許多我們知道的整數的性質是靠觀察得來,這發現早已被它的嚴格證明所證實。還有很多整數的性質我們是很熟悉的,可是我們還不能證明;只有觀察引導我們對它們的認識。因此我們看到在數論——它還不是一個完整的理論中,我們可以寄厚望于觀察:它能連續引導我們新的性質,我們較后嘗試證明。那類靠觀察而取得的知識還沒有被證明,必需小心的和真理區別,像我們通常所說它是靠歸納所得的。我們看過單純的歸納會引起錯誤。因此我們要非常小心,不要把那一類我們靠觀察而由歸納得來的整數的性質當為正確無誤。事實上,我們要利用這發現為機會,去研究它的性質,去證明它或反證它,這兩方面我們都會學到有用的東西。”(見《歐拉全集》第二冊)
歐拉是瑞士人,一生大部份時間是在俄國和德國的科學院度過,對這兩個國家特別是俄國的數學發展有很大的貢獻。他是最多產的數學家,他在生之日已出版和發表五百多本書和文章,死后還留下二百多篇文章未發表,以及一大堆不太完整的手稿。
他的工作涉及的范圍很廣,單是數學就包含了當時的數學的差不多所有的分枝,在物理、天文、水利等等一些較有實用的科學他也作出過貢獻。
從1909年開始瑞士的自然科學會,準備出版他的全集,他的全集到現在還沒有出完,他留在列寧格勒(現改名為圣彼得堡)的一大堆手稿,因為內容太多,到現在還要花許多時間和氣力去整理。
為什么歐拉能作出這樣多的發現呢?在那篇《純數學的觀察問題》的文章里,他已告訴了你一個秘訣,就是:“依靠觀察得來的。”事實上歐拉也是一個善于觀察的數學家。
發現的工具是歸納和類比
18世紀的法國有一個農民家庭出身的數學家和天文學家——拉普拉斯(Pierre—Simon de laplace 1749—1827)。拉普拉斯是現代概率論的奠基者之一。學物理的人對他很熟。
他有一個很好的品德,就是對于年青一代的數學家當作自己的孩子,幫助他們和鼓勵他們。有一些人的發現事實上是他早在幾十年前就得到了,但他也是把這發現的榮譽讓給年青人而不是自己占有、或者像一些所謂“專家”對這些新生的力量,在妒忌之余,加以阻撓打擊。
拉普拉斯在關于概率論的哲學問題的一篇文章里曾經指出:“在數學這門科學里,我們發現真理的主要工具是歸納和類比(induction and analogy)。”這里他指出了發現數學定理的一個方法。
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