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万物皆数幽默有趣的数学史

来源:笛 时间:2023/5/29
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〇、前言

我在想,一本对于大众读物的书评,最主要的不是分析这本书有哪些对错,而是激发读者对原书的兴趣。于是有了下文……

我们都知道,线是由点构成的。比如下图的一条长度为1的线段,当你逐渐切分,分到最后,你会发现是一系列的点,而点再也无法切分。

一个点的长度是多少呢?是0。因此,就有了这么一个结论,无穷多个长度为0的点,组合在一起后,就形成了一个长度为1的线段。即0+0+0+0……=1。无穷的符号是∞,于是这个公式就简化成0*∞=1

如果接受这里的结论,我们可以继续往下看。当我们有一个长度为2的线段,也如此切分,再用公式表达,会发现0*∞=2。于是就产生了矛盾,0*∞到底等于1呢,还是等于2?

当我们又想到,这个线段可以是1、2也可以是3、4、、0、甚至是无穷长的直线。那么0*∞到底是多少呢?

如果你对这个问题很有兴趣,恭喜你,你已经收到了进入数学世界的邀请函。

我们从小就开始数学,但是我们的数学教育知其然却不知其所以然。我们会教1+1=2,但是不会教我们思考为什么1+1=2,我们会教很多公理、定理,很多推导过程。但是我们并不会教为什么会有公理,为什么会有定理,这些是干什么的?我们记住了它们,会用它们,可是它们的美和重要性却没有向我们打开,而这本书补充了这一缺失。

这本书对于初步了解数学,让读者不再恐惧数学是很有帮助的。作者用幽默风趣的笔触勾勒出我们生活的世界与数学之间的关系,用妙趣横生的故事吸引我们走入数学的殿堂。回想起我们以前和数学打交道,几乎都是冷冰冰的公式。在这样的背景下,有一本书能够帮助我们看到数学的本来面目,让我们发现数学的有趣和美,是非常有益的一件事情。

一、内容简介

这本书的作者并没有写导读,我不妨在此书评中,带领读者大致了解一下这本书。

第一章不自觉的数学家

这一章主要讲作者在博物馆找齐了7种腰线,与本书的主线没有什么关联。

第二章数字的形成

本章主要讲我们使用的抽象数字是怎么形成的。要知道远古人类并没有现代人如此高超的抽象能力,纯粹抽象数字的出现对于人类思想史来说,都是一件大事。这代表了人类可以进行抽象思维了。

第三章不习几何者不得入内

本章主要讲几何学在古希腊的发展。几何学首先只是测量地表的科学,没有几何学,古人只能通过脚步来测量两地之间的距离,但是金字塔的高度如何测量呢?泰勒斯想到了影子测量法。通过三角形之间的关系,可以通过地面影子的长度来计算高度。而这种方法背后的原理就是几何学。于是关于三角形的研究蓬勃而生。

第四章定理时代

这一章开头作者的思维被一些奇怪的建筑占据了,大段讲述了一些几何体,读者读不懂没有关系,因为它和本章主旨风马牛不相及。本章对定理时代的到来和发展有详尽的叙述。跟着上一章提到的名人泰勒斯,作者接着讲述了泰勒斯定理。定理一词好像很吓人,但其实就是古希腊时期“外婆告诉你的箴言”,它们经过几代人的验证,所以我们相信它的真实性。而这样的经验总结出来的句子,在全世界都有。然而,与世界其它地方不同的是,古希腊人对这些经验总结出来的句子问了一个问题:为什么?而对答案的寻求,就是寻求定理的证明。

第五章一点儿方法

本章还是讲定理时代,笔者不知道作者为什么起了这么一个随意的标题。由于提出了“为什么”的问题,古希腊数学家形成了一个共识:即如果没有相应的证明过程,那么一个经验总结的定理将不被承认。比如为什么所有直角三角形边长的平方和等于斜边的平方?关于这个定理,书中记载了中国数学家的证明,很妙。然而定理被某些前提证明了,可是这些前提的正确性谁来保证呢?于是希腊哲学家就有了妥协,认为某些前提是不言自明、显而易见的,这就是公理。记住哦,公理是人们妥协的结果。

第六章从π到坏

这一章写的真的很“坏”。开头讲了很多π和法语之间的有趣故事,然而我们中国读者完全不能体会其中的乐趣。之后讲了阿基米德计算π的方法,然后就东拉西扯了一些数学家的历史故事。

第七章零和负数

这一章讲述了阿拉伯数字起源于印度,顺便介绍了印度数学的贡献。我们现在已经对负数不陌生了,但是应该对他的发明者保持敬畏,这是非比寻常的贡献。由此,作者进而向我们展示了数学思维,我们是如何接受“零”这个数字的。笔者能力有限,描述不出那种奇妙的思维。但是毫无疑问,这章写得很好,值得阅读。

第八章三角原力

在作者扯了一堆没用的故事之后,终于开始着手讲述“三角形”。在之前的章节,讨论了直角三角形的边长关系,这一章讨论三角形的角度。在古代对于三角形的研究,有一个核心的问题,在测量尽可能少的距离的前提下,知道关于某个三角形的全部信息。于是有了“正弦”、“余弦”、“正切”,以及他们之间的相互变换。由于这些丰富的发现,使得测量学蓬勃发展。

第九章面对未知

本章介绍了方程式的起源,和方程式的发展。方程的起源竟然是谜语,你敢信。从简单的一次方程到二次、三次、甚至四次。从简单的方程求解x*5=30到x^4+x^3+x^2+x=45。从一元方程x+5=10到二元、三元方程。如何解开这些谜语使得数学家们绞尽脑汁,甚至还作为发家致富、赢得权势的手段。也正因为方程如此令人着迷,所以随着时间的推移,数学王冠终于从几何学传给了代数学。

第十章数列

当古希腊时期的数学贡献讲完了,作者走进了中世纪,介绍了一个数学家斐波那契和他数列,所谓数列就是一列数字,如1、2、4、6、1、6,不过这个数列是我随便写的,没有什么意义。而斐波那契数列却非常重要:1、1、2、3、5、8……第三位数字是前两位数字之和。这个数列在植物学和人口学上有很重要的应用。随后作者也介绍了其它的几种有趣的数列。

第十一章虚数的世界

想起当年学虚数的时候,一直有一个问题,虚数有什么意义吗?为什么要搞出这么个东西来?这一章作者给了我答案。在数学的世界有两条重要的原则,第一条是实用的要求,第二条是美的要求。比如当解二次方程时,前人总结了,有可能只有一个解,有可能是两个解,或者没有解。三次、四次方程就更加复杂了。但是如果引入虚数,方程的解就很清楚了,所有二次方程都有两个解,三次方程有三个解,多么简单明了。虽然没有直接的实际作用,但是对简洁与美的维护,非常重要。作者之后又举了一个维护数学简洁而修改我们直觉的例子。很有启发。

第十二章数学语言

随着文艺复兴,数学也蓬勃发展,人们熟悉的(+、-、*、÷)都是在这个时期创造的。以前用一大段话来描述方程式的时代,一去不复返了。而更为石破惊天的是,笛卡尔发明了坐标系,让以往很多困难的问题得到了漂亮而精妙的解答。

第十三章世界的字母表

随着数学语言的发展,物理学也放弃了用冗长的文字聊描写事物之间的关系,而是采用了数学语言。伽利略就是一位代表,将物理学用数学符号表达,从此物理学的世界里,数学成为了官方语言。

第十四章无穷小

无穷是一个迷人的话题,还记得本文刚开始的提问吗?用作者的话说,无穷是一个沼泽,让无数聪明的大脑深陷其中。笛卡尔、伽利略之后,紧接着的数学贡献就是微积分了。作者并没有把微积分和无穷讲清楚,反而讲了很多牛顿和莱布尼茨相爱相杀的故事。读者要是想从这一章学微积分,还是降低期望吧。

第十五章测算未来

这一章讲的是概率论,而概率本质上是用于预估未来某件事情发生的可能性的,因此这一章的标题是测算未来。作者在本章讲了概率的渊源,以及大致讲述了从古到今关于概率的研究。这些研究

第十六章计算器时代的到来

这一章讨论的核心是计算机,也就是电脑。作者从古代的算盘开始讲起,然后叙述数学家们都有一个设计计算机的梦想,任何难题,只要在这个机器上运算一下,都能得到解决。在一代一代人的努力下,终于有了现在的计算机,再往前走就是人工智能阿尔法狗了。

第十七章未来的数学

这一章讲了当代

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