无处不在的数学之美——《万物皆数》

提到数学,我们就会想起上学时候最让人崩溃的一道问题:鸡兔同笼的问题。现在有一种新奇的解法叫“抬脚。”


“已知共有鸡和兔15只,共有40只脚,问鸡和兔各有几只。算法:假设鸡和兔训练有素,吹一声哨,它们抬起一只脚,(40-15=25)再吹一声哨,它们又抬起一只脚,(25-15=10)这时鸡都一屁股坐地上了,兔子还两只脚立着,所以,兔子有10/2=5只,鸡有15-5=10只。”

这种解法更加构思巧妙,运算简洁。


0.618这个数是古希腊欧多克斯发现的,有趣的是,从此以后,这个数与人类有许多不解之缘:希腊女神体态轻柔优美,引人入胜。经专家研究,她的身体从脚到肚脐之间的距离与整个身高的比值,恰好是0.618。画家、艺术家将其引入到绘画、雕塑等艺术领域,让作品变得更加和谐、美丽;主持人站在舞台0.618处时,音响效果将最好;人在气温为23℃左右,最舒服,生理功能发挥得最好。


这些都是因为黄金分割原理,无怪于德国天文学家开普勒称黄金分割为“几何学的一大宝藏!”数学的奇异之美得之充分的体现啊!


数学之美可以有多种形式,最核心的一点在于,它能够在复杂的研究对象和简洁的表达式之间建立起令人目眩神迷的联系。“大部分人是喜欢数学的,但问题在于很多人并不了解这门学科。”如果你从来没有了解过数学,如果你讨厌数学,何不考虑给这门学科第二次机会呢?


《万物皆数》作者巧妙运用历史学的方法,构建了无数历史或现今的场景,将数学从亭台楼阁之上带入我们的日常生活,将数学之美化为一篇篇优美的文字,娓娓道来。



01、追随着数学的脚步去穿越历史


古希腊著名数学家毕达哥拉斯有次应邀参加一位富有政要的餐会,这位主人豪华宫殿般的餐厅铺着是正方形美丽的大理石地砖,由于大餐迟迟不上桌,这些饥肠辘辘的贵宾颇有怨言。


这位善于观察和理解的数学家却凝视脚下这些排列规则、美丽的方形磁砖,但毕达哥拉斯不只是欣赏磁砖的美丽,而是想到它们和数之间的关系,于是拿了画笔并且蹲在地板上,选了一块磁砖以它的对角线 AB为边画一个正方形,他发现这个正方形面积恰好等于两块磁砖的面积和。


他很好奇,于是再以两块磁砖拼成的矩形之对角线作另一个正方形,他发现这个正方形之面积等于5块磁砖的面积,也就是以两股为边作正方形面积之和。至此毕达哥拉斯作了大胆的假设:任何直角三角形,其斜边的平方恰好等于另两边平方之和。那一顿饭,这位古希腊数学大师,视线都一直没有离开地面。他是用演绎法证明了直角三角形斜边平方等于两直角边平方之和,即毕达哥拉斯定理——也是我们常用的勾股定理。



在史前时代,数学是为了实际应用而出现的。数字被用来计算羊群的数量,几何图形被用来测量田地并绘制道路。自那时以来,很多艺术家、创作者、匠人或者单纯的梦想家和好奇者,在无意中踏入了数学的领地。他们是不自觉的数学家,是人类历史上最早的提问者、最早的研究者、最早的头脑风暴践行者。


如果想了解数学到底是什么,我们就必须追随他们的脚步,因为一切正是因为他们而起。《万物皆数》将引领我们穿越回史前时代、四大文明古国、欧洲中世纪与文艺复兴时期,也会带领我们漫步于巴黎卢浮宫与发现宫。


跟随作者回顾这门人类历史上最不可思议、最迷人的学科发展至今的曲折历程,认识那些通过意外发现和奇思妙想而创造了历史的人。你一定不会后悔的。


02、哪里有数,哪里就有美


伽利略曾经说过,“数学是上帝描写自然的语言”;爱因斯坦也曾说过,“纯数学使我们能够发现概念和联系这些概念的规律,这些概念和规律给了我们理解自然现象的钥匙。”


人类对数学的认识最早是从自然数开始的。这看似极普通的自然数里面,其实就埋藏着数不尽的奇珍异宝。古希腊的毕达哥拉斯学派对自然数很有研究,当他们将这数不尽的奇珍异宝的一部分挖掘出来并呈现于人类面前时,人们就为这数的美震撼了。其实,“哪里有数学,哪里就有美”,这是古代哲学家对数学美的一个高度评价。


如著名的黄金分割比。即0.61803398…。“黄金分割”问题,为什么它被誉为“黄金”呢?黄金分割比在许多艺术作品中、在建筑设计中都有广泛的应用。


达.芬奇称黄金分割比为“神圣比例”。他认为“美感完全建立在各部分之间神圣的比例关系上”。维纳斯的美被所有人所公认,她的身材比也恰恰是黄金分割比。尤其使人惊异的是,许多生物的体形比例也等于黄金比,这些美的信息被充分开发后,谁能不被数学美所陶醉,不为数学美而骄傲呢?


毕达哥拉斯说:“一切立体图形中最美的是球形,一切平面图形中最美的是圆形。”因为这两种图形在任何方向上看都是对称的。其实在我们身边随处可见根据对称设计的东西。小到一块橡皮、一只球拍,大到一架飞机、一座建筑。著名的北京人民大会堂;高耸入云的上海东方电视塔;埃及金字塔的缩影;形象逼真的扇形;梅花瓣样的组合图形;铜钱式的圆中方;美丽的“雪花”图案,更显示出几何图形的对称美,和谐美。


03、数学是上帝用来书写宇宙的文字


随着科学的发展和社会的进步,数学也越来越多的渗透到科学技术乃至社会生活的各个领域。到银行存款,会遇到利率的问题;铅球运动员应懂得应如何投掷才能取得理想成绩;足球运动员也要明白在何处出脚才最易命中对方的球门……此外,数学家把聪明给了电子计算机,电子计算机也使数学家变得更聪明


2016年3月,阿尔法狗与围棋世界冠军、职业九段棋手李世石进行围棋人机大战,以4比1的总比分获胜;2016年末2017年初,该程序在中国棋类网站上以"大师"(Master)为注册帐号与中日韩数十位围棋高手进行快棋对决,连续60局无一败绩;2017年5月,在中国乌镇围棋峰会上,它与排名世界第一的世界围棋冠军柯洁对战,以3比0的总比分获胜。



围棋界公认阿尔法狗的棋力已经超过人类职业围棋顶尖水平,在GoRatings网站公布的世界职业围棋排名中,其等级分曾超过排名人类第一的棋手柯洁。


设计阿尔法狗的那些程序员们实际上并没有在电脑上玩围棋游戏,而是教会了电脑玩儿围棋。之所以能战胜人类,是因为机器获得智能的方式和人类不同,它不是靠逻辑推理,而是靠计算。


阿尔法狗的胜利,实际上是数学的胜利,也是人类的胜利。


《万物皆数》告诉我们,数是万物,万物都是数。因为,数学美的魅力是诱人的,数学美的力量是巨大的,数学美的思想是神奇的。它可以改变人们认为对数学枯燥无味的成见,让人们认识到数学也是一个五彩缤纷的美的世界。

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