破解数学学习“魔咒”的“秘密”之书

要说曾经任教的老师中,哪一个科目的老师身材更为“精瘦”?数学老师必然榜上有名。


作为薅光头发的理科三巨头之一的数学,以当之无愧的演算和推理实力,成为许多考研学子的“噩梦”。


可说起对数学的恐惧源头,很多时候来自学生小学和初中时期,要么是热情不足,要么是基础不够。


难道,数学真的在学科界“封神”,让普通人望而却步吗?


法国科普作家伊万·柯里奥所写的《数学的秘密》一书,经由世界百科全书出版业巨头法国拉鲁斯出版社出版后,引发热烈反响。如今,由白马时光出品,山东文艺出版社出版中文版《数学的秘密》与读者见面,以通俗有趣的语言为读者朋友们讲清楚“数学是什么”。


下面,让我们一起进入有趣的数学世界!



1.“万人迷”数字“零”


早在公元前2000年,即距今4000多年前,位于两河流域的古巴比伦人,从美索不达米亚文明中接手了数字系统。


随后,他们又将这套源于古老文字——楔形文字——的数字系统简化,用钉形符号代表个位数字,楔形符号代表十位数字。并在这基础上增添了一种新的表达——用两个倾斜的钉形符号表示数值中空缺的某个数位。


公元前1000年后半叶,玛雅人也创造了他们的零:


‘基数零’起占位作用,表示数值中空缺的数位;‘序数零’用于历法,表示19个月中每个月的首日(有18个月为期20天,1个月为期5天)。


生活在墨西哥南部及中美洲的玛雅人喜欢用形似贝壳的符号表示零,偶尔,他们也会用花朵、单手托住下巴的滑稽人脸等变体符号表示零。


不管怎么说,有了以上两个文明对于数字“零”的表达,世界上总算有了“零”这个数字。


然而,这时候的数字“零”还仅仅只是一个符号,并非是严格意义上的数。


数字“零”首次出现在记数系统,得益于印度的数学家及天文学家婆什迦罗(公元7世纪人)在对一本天文学论著进行注解时使用了圆圈书写零。


在圆圈代表零这种写法出现的前两个世纪,梵语中已经有了对“零”的称呼——sunya.


随着文明的传播,“零”的词源在世界各地开花。


梵语中的“sunya”意为“空”或“虚无”,阿拉伯语将之翻译为“zifr”,并由此衍生出拉丁语的“zephirum”,经意大利语翻译后变为“zepiro”,随后简化成英文的“zero”及法语的“zéro”。


瞧瞧,在数字领域被我们认为啥也不是的数字“零”,历史上曾经历了更漫长的时间,才走进数字的世界。



2.“伤脑筋”的质数


不久前才辅导了邻居家一个小学四年级的孩子关于“质数与合数”的内容,她小脸上茫然的神情至今还能浮现在我脑海里。


很多学生在学这个章节的时候感到困难,一个是因为概念的表述对他们来说过于“绕脑”,另一个就是随着数的增大,想要找出能够整除这个数的数的难度也在不断增大。


如果你或你家孩子有兴趣看看书本关于这一内容的讲解,我想,对于质数与合数的畏惧感至少能从山顶降到半山腰。


和教科书一样,书本也提到了“1”既非质数也非合数,“2”应当被看作是首个真正意义上的质数。


然而,到了“4”情况就发生了变化。从4开始往后的每一个偶数,除了“1”和它自己,都(至少)能被“2”整除。也就是说,自然数里,除了“2”以外的偶数都是合数。


现在,要想找出100以内的所有质数就变得容易许多:只需要挨个排除能被“1”和它本身以外的数整除的奇数。



3.“神秘者”拓扑学


说起“拓扑”两个字,印象中只在两个地方见到过,一个是高中教科书的内容,一个是早些年一档有关智力比拼的节目。


生活中,我们几乎没有看到“拓扑”二字的出现,但在数学界,拓扑学却像一颗新星,散发着扑朔迷离的光。


章节的导语用“把甜甜圈看成咖啡杯耳”这个例子引出了生活中存在的拓扑现象。


在拓扑学上,如果通过拉伸或变形将一个图形变成另一个图形,就认为这两个图形是同类,前提是不能‘打碎’或‘刺破’它。


相信大家都耳闻过“莫比乌斯环”和“克莱因瓶”这两种拓扑模型。


前者属于3D世界里的拓扑模型,只要将一条纸带一端扭转半圈、另一端保持不动,并将两端站在一起就可得到。


神奇的是,我们视觉看到的两个面,实际上同属于一个面,只要用一支笔沿着这段纸带的中间画一条线就能得出结果。


但书里提到另一个更让人吃惊的“秘密”:


沿着这条中线剪开纸带,你不会得到两个莫比乌斯环,而是一个!其宽度是原始纸带的一半,而长度则是它的两倍!


若是说莫比乌斯环已经够令人称奇,那么只存在于4D世界的“克莱因瓶”则具有一种无法触摸的神秘魅力。


当然,拓扑学也并非真的“不食人间烟火”,“毛球定理”解释了“为什么翘起的头发总是没办法梳得服服帖帖”这个生活现象,为“毛球”孩子们找到了科学反驳嘲笑他们的人的方法。



结语


如果说语文靠的是文字的绮丽引人入胜,那数学之所以被无数人喜爱源于它“解谜”的特质。


正像天上的星星有无穷数量一样,和数学有关的秘密也难以数清。就让我们翻开《数学的秘密》,从了解“什么是数学”开始,开启解密数学的旅程吧!


……


书本里不仅提到数字“零”的诞生,还讲了早期数学家对“零”的排斥。你知道他们为什么讨厌“零”的出现么?留言说说你对数字“零”背景的了解。

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