每次聽說有好書,總會默默思考,低聲細語,希望能快速看壹遍。但真正有書的時候,往往因為很多原因被打入“冷宮”,無人問津。
還好這本書不會說話,不然會嘲諷我是“假讀者”。
這不,去年年底,朋友不厭其煩地從網上找了三本劉勛玉的《數學可以這樣學》給我。翻了幾頁就看到了n!還有sigma等符號,我突然感覺頭皮發麻,然後又舊病復發,讓它和很多書壹起排隊。
這幾天雖然事情不斷,但是還有很多時間可以機動。前幾天,我給自己做了壹次鄭重的自我批評。於是,我像壯士斷腕壹樣,拿出了《數學可以這樣學》系列的《數學趣事》,狠心三天看完。
今天終於看完了。如果妳問我,妳感覺如何?我告訴妳,我還想快點看完另外兩本書。
這本書的魅力這麽大,作者劉勛玉是誰?
劉勛玉先生是我國著名的數學教育家。他的教育生涯跨越了民國和新中國兩個時期。曾在多所大學、中學擔任數學老師或校長,曾任人民教育出版社副總編。審定了全國中小學數學教材,發表了大量數學教育論文,出版了多部中小學數學教材和科普讀物。
1983中,楊振寧在向港中學生介紹劉勛玉先生的數學學習歷程時,特別提到了他。他說:“有壹位劉勛玉先生,他是數學家,寫了許多淺顯易懂、極其有趣的數學文章。我記得在我知道排列和奇偶性這些極其重要的數學概念之前,我看過他的壹篇關於智力測試的文章。”
獲得諾貝爾物理學獎的著名科學家如此稱贊他,可見劉教授有多厲害。
令我驚訝的是,這樣壹本通俗的數學書竟然是由著名作家、畫家豐子愷先生作序的。穿越邊境是相當時尚的。
豐子愷先生說:“我沒有嘗過數學的趣味,也沒有參觀過數學的世界。多虧啊!就是最近這本書裏的幾篇文章,稍微補償了我的這個損失。我見過於迅後,他寫了這些文章。每次他發表,我都讀。吸引我去讀它的是它們有趣的主題。我經常不自覺地被誘入數學的世界。”
有多有趣,不身臨其境很難理解。所以,我不得不選擇壹些有趣的問題給大家嘗試壹下。
首先,最後壹個“韓信點兵”
劉勛玉教授講自己是小學生的時候,有個鹽老板給他考,說要請他吃飯。
話題壹說就清楚了。
三塊地還剩兩塊,五塊地還剩三塊,七塊地還剩兩塊。有多少?
當時的劉勛玉也是意氣風發,躊躇滿誌,心想,這不就是常見的倍數嗎?壹個在兒科。
所以,他連忙說,算了,還不止壹個。
閻老板連誇孩子聰明。
劉勛玉想到了之前做過的題目。三處有兩處不同,五處有四處不同,七處有六處不同,至少有幾處。就是求3、5、7的最小公倍數,然後加1(正好是余數1)得到106。
於是,他用自己的壹套思路算出了答案,最低是104,還有209。
結果鹽老板說不對。查了壹下,不是。
劉勛玉回來後,被爺爺罵了壹頓,警告他以後“寧可不在人前,不在人前殘缺。”
如果他真的是封建時代的爺爺,我們今天的父母朋友肯定不會這樣指責孩子。他們壹定會問鹽老板怎麽算出正確答案。
那麽如何解決這個問題呢?
這個問題來自數學經典《孫子兵法》的計算。“有些東西是不可知的,三三個數剩兩個,五五個數剩三個,七七個數剩兩個。請教幾何?”
後來為了把這個問題更具體化,人們把它改編成“韓信點兵”問題。
壹場戰鬥後,韓信想清點壹下士兵的人數。讓士兵三人壹組,兩人壹組不行;五人壹組,不能三人壹組;七人壹組,兩個人不能分組。那有多少士兵?
怎麽想?讓我們記住兩個常識:
第壹,某數的倍數是否是某數的倍數;
第二,壹個數的幾個倍數之和還是壹個數的倍數。
35是5和7的倍數,除以3得2,
21是3和7的倍數,除以5余數1。如果要保持3,就要包含三個21,也就是21×3。
15是3和5的倍數,除以7等於1,如果要做2,就要包含兩個15,即15×2。
把以上三個數字加起來。
35+21×3+15×2=128。
105是3、5、7的公倍數,所以被3、5、7除的余數在加減105後不會改變,128-105=23。壹般的解法是:23+105n,其中n = 0,1,2,3 …
很難理解嗎?然後看阿圖的演示方法:(從上到下看)
35 + 21 ×3?+ ?15×2?= 128
7的倍數?+?7的倍數?+?乘7的余數2 =乘7的余數2
5的倍數?+?5的倍數和3+的余數?5的倍數= 5的倍數和3的余數。
3的倍數,2+3的倍數?+?3的倍數= 3的倍數和2的余數。
明白了嗎?好吧,讓我們試壹試。
四塊地三個以上,五塊地兩個,七塊地三個。最小數量是多少?
是不是有點圓?頭疼對我來說還不錯。
我們去別的地方看看《羅漢堆》。
堆羅漢是什麽意思?從最下面壹排開始數,每排至少有壹個人,直到最上面只有壹個人。
數學上,我們稱壹組數列中相差相同的數為等差數列。不難理解等差數列的計算,比如
1+2+3+4+5+6+ 7......+n
聽過高斯故事的人都知道,首尾相加,乘以項數,再除以2。用字母表示:n(n+1)/2。
類似這個性質的,還有從1到某個數的整數的平方和與立方:
1^2+2^2+3^2+4^2+5^2……
1^3+2^3+3^3+4^3+5^3……
(2,3,是正方形和立方體的格式)
妳還記得求和公式嗎?它們是:
∑n^2=n(n+1)(2n+1)/6
∑n^3=[(n×(n+1))/2]^2
但它是如何推導出來的呢?劉勛玉先生的方法可以說是妙不可言。
求平方和:
1,2,3,4的平方可以用小方塊來表示。
1^2+2^2+3^2+4^2
把它們堆起來,就會像圖1或者圖2。把兩個1的圖和第二個圖合起來,就成了第三個圖,是它們之和的三倍。
第三個圖形的長度是1+2+3+4,寬度是2× 4+1。
因為1 2+2 2+3 2+4 2是它們面積的三分之壹,所以平方和為:
4(4+1)/2?×( 2×4+1)÷3
改成n推壹般規律。
n(n+1)(2n+1)/6
當然,這種歸納方法並不嚴格。我們需要再次使用n+1,並將其應用到公式中。如果它不成立,我們這裏就不需要它了。反正大家都懂。
那麽怎麽求立方和呢?
請看下圖。有沒有發現2的立方是3的平方減去1的平方?3的立方是6的平方減去3的平方,4的立方是10的平方減去6的平方。把它們放在壹起,正好是10的平方。
所以1 3+2 3+3 3+4 3 =的平方(1+2+3+4)。
推到壹般規律上,就是
[(n×(n+1))/2]^2
華先生曾說:
缺號的時候不太直觀,缺號的時候很難細致入微。
數形結合好,萬物分離。
妳覺得用這首詩來表達妳此時的心情是不是特別準確?
好了,再練壹道題。
1/2+1/4+1/8+1/16+1/32+1/64+1/128=
妳不妨畫個圖,壹定會有收獲。
妳累了嗎?壹遍又壹遍,再加點油,繼續。
讓我們來看看《八仙漂洋過海》。
不知道大家有沒有遇到過類似“八仙過海”的事情?我在壹些旅遊景點見過。比如算命先生拿出幾百個姓氏,讓人們點開。點開後,他們可以猜出別人的姓是什麽。這有點復雜。簡單點說吧。
壹個人把八種不同的錢在桌子上排成兩排,叫妳看壹種,記在心裏。
他把錢收好,重新排好,還是上下兩排。他還讓妳看妳上次識別的是哪壹行,記住。
他又把錢收好,重新排成兩排。這次他讓妳看,讓妳告訴他妳看的錢的位置。
比如妳對他說“上下”,他會給妳看下壹排第二個。雖然妳覺得有點奇怪,想否認,但是妳的臉不會替妳掩飾。
為什麽這個男人有這樣的能力?妳會懷疑他是偶然猜到的,但他絕對不會失敗壹次兩次三次,這肯定不是偶然。
這裏有什麽秘密?為了方便,我把這八個錢放在字母裏。先這麽說吧:
DCBA
HGFE
妳說上,那麽,壹定是ABCD,他這樣放,都是左右,不分先後。
OOCA
面向對象數據庫
然後妳說下壹個,肯定是BD,他又做了。其他順序不重要。
OOOB
OOOD
如果妳再說壹遍,那壹定是b。
當然,這太幼稚了。現在來個升級版吧。
就是有人看著妳擺動三次,才告訴妳上下,妳就能知道他在想哪個字母。
真的嗎?試試看。
先這麽說吧:
D C B A
H G F E
然後從右到左,壹個接壹個。
(AEBFCGDH),然後從左到右,先放下壹排,再放上壹排。
聯邦建築工程局
高密度石墨碳
也是從右到左,壹個壹個的收集(ACEGBDFH)。
或者從左到右,先放下壹排,再放上壹排。
通用電氣公司
h?食品藥品管理局
為什麽能猜出來?看看這些字母的位置。
a上,上,上,b上,下。
c上下?向上和向下
e,上下?向上和向下
g下,上,下?h呷呷呷
八個字母的位置都不壹樣。他不能說是哪壹個,但妳可以指出來。
妳現在明白了嗎?當八仙渡海時,隱藏的是安排問題。生活中安排問題比比皆是。
比如壹張八仙桌,現在有8個客人要來妳家。那麽,他們的座位有多少種不同的安排呢?
通常人們認為可能有幾十個。
劉教授叫我們先固定壹個位置,讓八個人輪流坐這個位置。第壹個人固定後,第二個位置有七個人可以輪流坐。以此類推,即:
8X6x6 X5x3x2x1 = 40320(種類)
這種說話方式估計很多人還是覺得雲裏霧裏的,那我們回到原點思考壹下:
1人坐在壹個位置是1種情況。
兩個人坐兩個位置,分別是12和21,兩種情況。
三個人坐三個位置,分別是123,132,213,231,312,321。
四個人坐在四個位置,分別是1234,1243,1324,1342,1423,1432,2134,2138。3124, 3142, 3214, 3241, 3412, 3421, 4123, 4132, 4265438.
如果我繼續上市,我會暈倒的。找到規律了嗎?
1!=1
2!=2x1= 2
3!=3x2x1=6
4!=4x3x2x1=24
概而言之,所有n個不重復的東西的排列就是n的階乘。
好吧,我們做個改變。如果有18名選手,如果選擇11人參加比賽會有多少種情況?
遇到難題的時候特別願意退壹步。我覺得對解決問題和生活大有裨益。
正如布袋和尚的啟蒙詩所說:
用手將青苗插入田間,低頭就能看到天上的水;
壹顆赤子之心才是路,倒退才是前進。
我們先想想:
如果有四個人,選兩個人比賽,有幾種情況?
用1,2,3,4來代表這四個人。
如果由兩位數組成,則為12,21,13,31,14,41,23,32,24,42,34,43,共12。
但是選拔賽,12和21,13和31,都是壹樣的。因此
4x3÷(1 x2)=6
如果四個人選三個人比賽,有幾種情況?
如果由三位數組成,有24種情況:
1當國王(百年)有六種:
123,132,124,142,134.143
肯定還有其他六種王,所以有24種。
但是123,132,213,231,312,321,都是1,2,3嗎?所以除以6。(3位數放3位數有6種方法,除了0。)
4x3x2 ÷(3x2 x1)=4
從n個人中選m個人參加比賽,就是n!÷m!
再試壹次?
有五個不同的字母。選三個放。有多少種不同的方式?
朋友,如果妳看到了這條線,說明妳真的熱愛數學;如果妳不僅看懂了,還看懂了,說明妳數學真的很好;如果妳不堅持看這個地方,說明妳的天賦可能在科學之外...
哈哈,我只是跟妳玩玩。鍛煉大腦,快樂起來!正如著名數學家陳省身先生所說:數學是有趣的。
最後引用羅素的話:數學是這樣壹種東西,學它的人不知道自己在做什麽。