等腰三角形的两个底角相等,这是众所周知的数学定理。这样一个定理就是发现者泰勒斯运用“阴影测量法”衍生出来的,并且这样的几何算法还和测量埃及金字塔的高度息息相关。
法国作家米卡埃尔·洛奈在他的著作《万物皆数:从史前时期到人工智能,跨越千年的数学之旅》记载着这样一个故事:相传埃及法老想让泰勒斯完成金字塔高度的测量,虽然之前所有接受挑战的古埃及学者都以失败告终,毫无畏惧的他毅然接受挑战,而最终的结果可以说是他毕生最伟大的数学成就。
具体怎么测量的呢?他把一根棍子垂直插在地上,等到一天中棍子和阴影相同长度的时刻,他测量了金字塔阴影的长度,而这一长度就是金字塔的高度。原来如此。虽然这样美好的故事并没有得到史学家的完全论证,可谁也无法阻挡泰勒斯运用这样的几何方法延伸出的众多数学定理,比如开头提到的数学定理;任意两条相交线,对顶角度数相等;一个圆的任意直径将该圆分为等面积的两部分等。
从米卡埃尔·洛奈的《万物皆数》读到这个故事开始,对于数学成绩一向不太好的我来说,突然对数学萌生了兴趣。
作为概率学博士的米卡埃尔·洛奈,是法国“文化与数学游戏沙龙”的成员之一。他一直致力于向公众推广大量的数学活动,值得一提的是由他策划的数学网络节目观看量近2000万。如果节目枯燥无味,观看量会有这么高吗?更别提是很多人认为最难的科目——数学。
那么,这本以各种有趣的数学发现和案例为主要内容的《万物皆数》究竟给我带来哪些冲击力,我想和大家分享分享。
一、数学的神秘起源
我们先来看看下面两幅图。
上图中的这些形状是早在2万多年以前,人类烧制的陶器图案。当米卡埃尔·洛奈看到的瞬间,眼前一亮。原来那时的人们已经开始在头脑中“搞数学”,并且不自觉地把对称、旋转和平移数学知识运用在生活中。
随着人与人之间交往密切程度的加深,出现了越来越多需要计数的物件,如养了几只羊、计量交换物品的筹码等。只是那时还没实现“书写”,仅仅通过打结、画十字标记来计量。到公元前3千纪初期,人类终于把数字从被计量的物体中解放了出来。不再使用符号表示有几只羊,而是用数字“几”来表示。
不管是陶器图案还是各种筹码,其实都是人类已经在为数字诞生默默开始了排练。
二、 原来数学这门美的艺术和我们的生活有着千丝万缕的关系
不知道大家有没有注意到足球的几何形状?由20个正六边形和12个正五边形构成了大多数足球的造型。谁也想不到足球这样的形状被几何学家们称为被“截肢”的正二十面体。这样的称呼来由你也可以亲自试试,加深理解:你把一堆粘土捏成一个正二十面体,为了使这20个顶点变得尽可能圆,只有选择……切掉这些角。如何?体会到数学家的幽默了吧。
数学在生活中处处可见,就像米卡埃尔·洛奈在《万物皆数》所说的那样:“只要改变自己看世界的眼光,数学就会在你眼前出现。寻找数学是迷人的、永无止境的过程。”
三、 未来的数学会是什么样子
2016年3月10日,世界最优秀的围棋选手李世石和电子计算机“阿尔法狗”在韩国首尔展开了一场万众瞩目的人机大战。全世界的目光都集中在了这场堪称史无前例的比赛上。要知道,2016年以前从未出现过计算机“战胜”人类的先例。而且,围棋还被认为是最难被计算机理解的游戏,也被称作计算机和人类“对抗”的最后堡垒。
最后的结果出乎意料:计算机赢了。
很多人感到疑惑,难道计算机能自由发挥、自己创造思维吗?其实这是源于一种新型的算法:学习型算法。这要归功于程序员们教会了计算机玩围棋。在获胜结果尘埃落地前,“阿尔法狗”用了几千个小时和自己下棋,并且掌握了能嬴的所有下法。我们想象一下,在未来,“阿尔法狗“们会自己创造数学思维吗?
对于数学未来的样子,米卡埃尔·洛奈有这么一个想法:“如果有一天我们变得全知全能,那么作为结果,我们一定会从快乐跌入失望的深渊,因为再也不能得到任何发现新事物的乐趣。“所以,或许现在的我们并不能推测出数学在未来的模样,但不能否认,未来的数学一定会创造有价值的应用。
我们回忆一下生活里的例子,你会发现数学原来就在我们身边:为你解释卡牌技巧的魔术师其实是在用算数学的属性为你解答;雕塑的各种形状灵感来自于柏拉图立体;孩子们喜爱玩的折纸原理也是几何学的知识。原来,我们都在用自己的方式创造数学啊。
正如米卡埃尔·洛奈所说:“爱数学,永远不晚。”看完米卡埃尔·洛奈这本《万物皆数》之后,处处可见数学之美。而数学不再只是考试科目,更是一门实用性、趣味性兼备的学科。要想了解数学这门艺术更多有意思的故事,不妨翻看这本《万物皆数》。
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