（八）
第三章 若干数学典故中的数学文化
第一节历史上的三次数学危机
历史上，数学的发展有顺利也有曲折。大的挫折也可以叫做危机，危机也意味着挑战，危机的解决就意味着进步。所以，危机往往是数学发展的先导。数学发展史上有三次数学危机。每一次数学危机，都是数学的基本部分受到质疑。实际上，也恰恰是这三次危机，引发了数学上的三次思想解放，大大推动了数学科学的发展。
一、第一次数学危机
第一次数学危机是由2不能写成两个整数之比引发的，我们在第一章已专门讨论过，现再简要回顾一下。
这一危机发生在公元前5世纪，危机来源于：当时认为所有的数都能表示为整数比，但突然发现2不能表为整数比。其实质是：2是无理数，全体整数之比构成的是有理数系，有理数系需要扩充，要添加无理数。
当时古希腊的欧多克索斯部分地解决了这一危机。他采用了一个
十分巧妙的关于“两个量之比”的新说法，回避了2是无理数的实质，用几何的方法去处理不可公度比。这样做的结果，使几何的基础牢靠了，几何从全部数学中脱颖而出。欧几里得的《几何原本》中也采用了这一说法，以致在以后的近二千年中，几何变成了几乎是全部严密数学的基础。
但是彻底解决这一危机是在19世纪，依赖实数理论的建立。
二、第二次数学危机
第二次数学危机发生在牛顿创立微积分的十七世纪。第一次数学危机是由毕达哥拉斯学派内部提出的，第二次数学危机则是由牛顿学派的外部、贝克莱大主教提出的，是对牛顿“无穷小量”说法的质疑引起的。
1．危机的引发
1）牛顿的“无穷小”
牛顿的微积分是一项划时代的科学成就，蕴含着巨大的智慧和创新，但也有逻辑上的问题。我们来看一个例子。
微积分的一个来源，是想求运动物体在某一时刻
t的瞬时速度。
在牛顿之前，只能求一段时间内的平均速度，无法求某一时刻的瞬时速度。
牛顿的思路是：让时间从0t 变到1t ，这段时间记作01t t t ?=?，而这
段时间里物体走过的距离记作S ?。比值t
S ??便是0t 到1t 这段时间内物体的平均速度。牛顿设想：t ?越小，这个平均速度应当越接近物体在时刻0t 的瞬时速度。当t ?越来越小（当然S ?也越来越小），最后成为无穷小，将要变成0而还不是0的时候，两个无穷小之比t S ??，就是所要求的瞬时速度。
例如，设自由落体在时间t 下落的距离为)(t S ，有公式22
1)(gt t S =，其中g 是固定的重力加速度。我们要求物体在0t 的瞬时速度，先求t
S ??。 2222210100001111()()[()][2()]2222
S S t S t gt gt g t t t g t t t ?=?=?=+??=?+? ∴
)(210t g gt t S ?=+=?? [大庆：删去左边的第二个等号]
（*）
当t ?变成无穷小时，右端的)(2
1t g ??也变成无穷小，因而上式右端就可以认为是0gt ，这就是物体在0t 时的瞬时速度，它是两个无穷小之
比。
牛顿的这一方法很好用，解决了大量过去无法解决的科技问题。但是逻辑上不严格，遭到指责。
2）贝克莱的发难
英国的贝克莱大主教发表文章猛烈攻击牛顿的理论。
贝克莱问道：“无穷小”作为一个量，究竟是不是0？
① 如果是0，（*）式左端当t?和S?变成无穷小后分母为0，就没有意义了。
如果不是0，（*）式右端的1()
g t?就不能任意去掉。
2
② 在推出（*）式时，假定了0≠
?t才能做除法，所以（*）式的成立是以0≠
?t而求得瞬时?t为前提的。那么，为什么又可以让0=
速度呢？
③ 因此，牛顿的这一套运算方法，就如同从0
5×
×出发，
=
3
两端同除以0，得出5=3一样的荒谬。
贝克莱还讽刺挖苦说：即然S?和t?都变成“无穷小”了，而无穷小作为一个量，既不是0，又不是非0，那它一定是“量的鬼魂”了。
这就是著名的“贝克莱悖论”。
对牛顿微积分的这一责难并不是由数学家提出的，但是，牛顿及他以后一百年间的数学家，都不能有力地还击贝克莱的这种攻击。
3）实践是检验真理的唯一标准
应当承认，贝克莱的责难是击中要害的。“无穷小”的方法在概念上和逻辑上都缺乏基础。牛顿和当时的其它数学家并不能在逻辑上严格说清“无穷小”的方法。数学家们相信它，只是由于它使用起来方便有效，并且得出的结果总是对的。特别是像海王星的发现，那样鼓舞人心的例子，显示出牛顿的理论和方法的巨大威力。所以，人们不大相信贝克莱的指责。这表明，在大多数人的脑海里，“实践是检验真理的唯一标准。”
2．危机的实质
第一次数学危机的实质是“2不是有理数，而是无理数”。那么第二次数学危机的实质是什么？应该说，是极限的概念不清楚，极限的理论基础不牢固。也就是说，微积分理论缺乏逻辑基础。
其实，在牛顿把瞬时速度说成“物体所走的无穷小距离与所用的无穷小时间之比”的时候，这种说法本身就是不明确的，是含糊的。
当然，牛顿也曾在他的著作中说明，所谓“最终的比”，就是分子、分母要成为0还不是0时的比——例如（*）式中的gt，它不是
“最终的量的比”，而是“比所趋近的极限”。
他这里虽然提出和使用了“极限”这个词，但并没有明确说清这个词的意思。
德国的莱布尼茨虽然也同时发明了微积分，但是也没有明确给出极限的定义。
正因为如此，此后一百年间的数学家，都不能满意地解释贝克莱提出的悖论。
所以，由“无穷小”引发的第二次数学危机，实质上是缺少严密的极限概念和极限理论作为微积分学的基础。
3．危机的解决
1）必要性
微积分虽然在发展，但微积分逻辑基础上存在的问题是那样明显，这毕竟是数学家的一块心病。
而且，随着时间的推移，研究范围的扩大，类似的悖论日益增多。数学家在研究无穷级数的时候，做出许多错误的证明，并由此得到许多错误的结论。由于没有严格的极限理论作为基础。数学家们在有限
与无限之间任意通行（不考虑无穷级数收敛的问题）。
因此，进入19世纪时，一方面微积分取得的成就超出人们的预料，另一方面，大量的数学结构没有正确的牢固的逻辑基础，因此不能保证数学结论是正确无误的。
历史要求为微积分学说奠基。
2）严格的极限理论的建立
到19世纪，一批杰出数学家辛勤、天才的工作，终于逐步建立了严格的极限理论，并把它作为微积分的基础。
应该指出，严格的极限理论的建立是逐步的、漫长的。
①在18世纪时，人们已经建立了极限理论，但那是初步的、粗糙的。
②达朗贝尔在1754年指出，必须用可靠的理论去代替当时使用的粗糙的极限理论。但他本人未能提供这样的理论。
③ 19世纪初，捷克数学家波尔查诺开始将严格的论证引入数学分析，他写的《无穷的悖论》一书中包含许多真知灼见。
④而做出决定性工作、可称为分析学的奠基人的是法国数学家
柯西（A.L.Canchy,1789—1857）。他在1821—1823年间出版的《分析教程》和《无穷小计算讲义》是数学史上划时代的著作。他对极限给出比较精确的定义，然后用它定义连续、导数、微分、定积分和无穷级数的收敛性，已与我们现在课本上的差不太多了。
3）严格的实数理论的建立
①对以往理论的再认识
后来的一些发现，使人们认识到，极限理论的进一步严格化，需要实数理论的严格化。微积分或者说数学分析，是在实数范围内研究的。但是，下边两件事，表明极限概念、连续性、可微性和收敛性对实数系的依赖比人们想象的要深奥得多。
一件事是，1874年德国数学家魏尔斯特拉斯（K.T.W.Weirstrass，1815—1897）构造了一个“点点连续而点点不可导的函数”。连续函数在直观上是函数曲线没有间断，连在一起，而函数在一点可导直观上是函数曲线在该点有切线。所以在直观上连续与可导有密切的联系。这之前甚至有人还证明过：函数在连续点上都可导（当然是错误的）。根本不可想象还会有“点点连续而点点不可导的函数”。
魏尔斯特拉斯的例子是
0()cos()n n n f x b a x π∞==∑
其中a 是奇数，)1,0(∈b ，使π2
31+>ab 。
另一件事是德国数学家黎曼（B.Riemann ，1826—1866）发现，柯西把定积分限制于连续函数是没有必要的。黎曼证明了，被积函数不连续，其定积分也可能存在。
黎曼还造出一个函数，当自变量取无理数时它是连续的，当自变量取有理数时它是不连续的。
这些例子使数学家们越来越明白，在为分析建立一个完善的基础方面，还需要再深挖一步：即需要理解实数系的更深刻的性质。
② 魏尔斯特拉斯的贡献
德国数学家魏尔斯特拉斯（Karl Weierstrass ，1815—1897）的努力，终于使分析学从完全依靠运动学、直观理解和几何概念中解放出来。他的成功产生了深远的影响，主要表现在两方面，一方面是建立了实数系，另一方面是创造了精确的“δε?”语言。
“δε?”语言的成功，表现在：
这一语言给出极限的准确描述，消除了历史上各种模糊的用语，
诸如“最终比”、“无限地趋近于”，等等。
这样一来，分析中的所有基本概念都可以通过实数和它们的基本运算和关系精确地表述出来。
总之，第二次数学危机的核心是微积分的基础不稳固。柯西的贡献在于，将微积分建立在极限论的基础。魏尔斯特拉斯的贡献在于，逻辑地构造了实数系，建立了严格的实数理论，使之成为极限理论的基础，所以建立数学分析（或者说微积分）基础的“逻辑顺序”是：实数理论—极限理论—微积分。而“历史顺序”则正好相反。
实数理论是学习数学分析的难点，诸如区间套定理，有限复盖定理等，在数学学院，通常也只有数学专业才比较彻底地讲授。
4）极限的“δ
ε?”定义及“贝克莱悖论”的消除
①极限的“δ
ε?”定义
定义：设函数)(x
f在1x的附近都有定义，如果有一个确定的实数a，0>
?ε（无论多么小的正数ε）。
都0>?ε（都能找到一个正数δ，依赖于ε），使当δ
足不等式δ
）有ε
我们就说函数)(x f 在x 趋近于1x 时，有极限a 。
记为a x f x
x =→)(lim 1
。
由极限的这个 “δε?”定义，可以求出一些基本的极限，并严格地建立一整套丰富的极限理论。简单说，例如有
两个相等的函数，取极限后仍相等；
两个函数，和的极限等于极限的和。等等。
② “贝克莱悖论”的消除
回到牛顿的（*）式上：)0)((2
10≠??+=??t t g gt t S
。 这是在0≠?t （即01t t ≠）条件下，得到的等式；它表明t ?时间内物体的平均速度为)(2
10t g gt ?+。（*）式等号两边都是t ?的函数。然后，我们把物体在0t 时刻的瞬时速度定义为：上述平均速度当t ?趋于0时的极限，即
物体在0t 时刻的瞬时速度=t S t ??→?0lim
。
下边我们对（*）式的等号两边同时取极限0→?t ，根据“两个相等的函数取极限后仍相等”，得
瞬时速度=))(2
1(lim 00t g gt t ?+→? 再根据“两个函数和的极限等于极限的和”，得
)(21lim lim ))(2
1(lim 00000t g gt t g gt t t t ?+=?+→?→?→? 然后再求极限得
000gt gt =+=
上述过程所得结论与牛顿原先的结论是一样的，但每一步都有了
严格的逻辑基础。“贝克莱悖论”的焦点“无穷小量t ?是不是0？”
，在这里给出了明确的回答：0≠?t 。
这里也没有“最终比”或“无限趋近于”那样含糊不清的说法。
三、第三次数学危机
1．“数学基础”的曙光——集合论
到19世纪，数学从各方面走向成熟。非欧几何的出现使几何理论更加扩展和完善；实数理论（和极限理论）的出现使微积分有了牢靠的基础；群的理论、算术公理的出现使算术、代数的逻辑基础更为明晰，等等。人们水到渠成地思索：整个数学的基础在哪里？正在这时，19世纪末，集合论出现了。人们感觉到，集合论有可能成为整个数学的基础。
其理由是：算术以整数、分数等为对象，微积分以变数、函数为对象，几何以点、线、面及其组成的图形为对象。同时，用集合论的语言，算术的对象可说成是“以整数、分数等组成的集合”；微积分的对象可说成是“以函数等组成的集合”；几何的对象可说成是“以点、线、面等组成的集合”。这样一来，都是以集合为对象了。集合成了更基本的概念。
于是，集合论似乎给数学家带来了曙光：可能会一劳永逸地摆脱“数学基础”的危机。尽管集合论自身的相容性尚未证明，但许多人认为这只是时间问题。庞加莱甚至在1900年巴黎国际数学家大会上宣称：“现在我们可以说，完全的严格性已经达到了！”
2．算术的集合论基础
1）人们按下列逻辑顺序把全部数学的基础归结为算术，即归结为非负整数，即自然数集合加上0——现在有些数学家就把这一集合称为自然数集合。
（算术）非负整数n →有理数??→?±取极限m
n 实数??→??1复数1?+b a →（解析几何）图形
因此，全部数学似乎都可归结为非负整数了，或者说，全部数学都可以归结为算术了。
这样，如果能把算术建立把集合论的基础上，就相当于解决了整个“数学基础”的问题。
法国数学家、数理逻辑先驱弗雷格（G.Frege,1848—1925）就做了这样的工作。他写了一本名叫《算术基础》的书。
2) 弗雷格的《算术基础》
为了使算术建立在集合论的基础上，所有的非负整数，都需要用集合论的观点和语言重新定义。
首先从0说起。0是什么？应当先回答0是什么，然后才有表示“0”的符号。
为此，先定义空集。空集是“不含元素的集合”。例如，“方程210
x+=在实数集中的根的集合”就是一个空集，再例如“由最大的正整数组成的集合”也是一个空集。
所有的空集放在一起，作成一个集合的集合，（为说话简单我们把“集合的集合”称作类），这个类，就可以给它一个符号：0，中国人念“ling”，英国人念“Zero”。
空集是空的，但由所有空集组成的类，它本身却是一个元素了，即，0是一个元素了。由它再作成一个集合{0}，则不是空集了。
弗雷格再定义两个集合间的双射：既是满射又是单射的映射叫作双射，也称可逆映射；通俗地说，就是存在逆映射的映射。它可以在两个集合间来回地映射，所以一般称为“双射”。
，能够在其间建弗雷格再定义两个集合的“等价”：A B
?
????→
可逆映射
立双射的两个集合A、B称为“等价”。
下边可以定义“1”了。把与集合{0}等价的所有集合放在一起，作成一个集合的集合。这个类，就可以给它一个符号：1。
再定义“2”。把与集合{0，1}等价的所有集合放在一起，作成一个集合的集合。这个类，就叫：2。
然后，把与{0，1，2}等价的集合作成的类，叫：3。
一般地，在有了0，1，2，…，n的定义后，就把所有与集合{0，
1，2，…，n}等价的集合放在一起，作成集合的集合，这样的类，定义为：n+1。
这种定义概念的方法，叫作“归纳定义”的方法。
这样，弗雷格就从空集出发，而仅仅用到集合及集合等价的概念，把全部非负整数定义出来了。于是根据上边说的“可以把全部数学归结为非负整数”，就可以说，全部数学可以建立在集合论的基础上了。
3．罗素的“集合论悖论”引发危机
1）悖论引起震憾和危机
正当弗雷格即将出版他的《算术基础》一书的时候，罗素的集合论悖论出来了。这也是庞加莱宣布“完全严格的数学已经建立起来！”之后刚刚两年，即1902年。
集合论中居然有逻辑上的矛盾！
倾刻之间，算术的基础动摇了，整个数学的基础似乎也动摇了。这一动摇所带来的震憾是空前的。许多原先为集合论兴高采烈的数学家发出哀叹：我们的数学就是建立在这样的基础上的吗？
罗素悖论引发的危机，就称为第三次数学危机。
罗素把他发现的悖论写信告诉弗雷格。弗雷格在他的《算术基础》一书的末尾无可奈何地写道：“一个科学家遇到的最不愉快的事莫过于，当他的工作完成时，基础崩塌了。当本书即将印刷时，罗素先生的一封信就使我陷入这样的尴尬境地。”
2）罗素悖论
在叙述罗素悖论之前,我们先注意到下边的事实：一个集合或者是它本身的成员(元素),或者不是它本身的成员(元素)，两者必居其一。罗素把前者称为“异常集合”，把后者称为“正常集合”。
例如,所有抽象概念的集合，本身还是抽象概念。即，它是这一集合本身的元素，所以是“异常集合”。但是，所有人的集合，不是人，即，它不是这一集合本身的元素，所以是“正常集合”。
再例如，所有集合的集合，本身还是集合，即，它是这一集合本身的元素，所以是“异常集合”。但是，所有星星的集合不是星星，即，它不是这一集合本身的元素，所以是“正常集合”。
罗素悖论是：以M表示“是其本身成员的所有集合的集合”（所有异常集合的集合），而以N表示“不是它本身成员的所有集合的集合”（所有正常集合的集合），于是任一集合或者属于M，或者属于N，两者必居其一，且只居其一。然后问：集合N是否是它本身的成员？（集合N是否是异常集合？）
如果N是它本身的成员，则按M及N的定义，N是M的成员，而不是N的成员，即N不是它本身的成员，这与假设矛盾。即
∈?∈??
N N N M N N
如果N不是它本身的成员，则按M及N的定义，N是N的成员，而不是M的成员，即N是它本身的成员，这又与假矛盾。即
??∈?
N N N N N M
()
悖论在于：无论哪一种情况，都得出矛盾。
罗素悖论的通俗化——“理发师悖论”：某村的一个理发师宣称，他给且只给村里自己不给自己刮脸的人刮脸。问：理发师是否给自己刮脸？
如果他给自己刮脸，他就属于自己给自己刮脸的人，按宣称的原则，理发师不应该给他自己刮脸，这与假设矛盾。如果他不给自己刮脸，他就属于自己不给自己刮脸的人，按宣称的原则，理发师应该给
他自己刮脸，这又与假设矛盾。
4．危机的消除
危机出现以后，包括罗素本人在内的许多数学家作了巨大的努力来消除悖论。
当时消除悖论的选择有两种，一种是抛弃集合论，再寻找新的理论基础，另一种是分析悖论产生的原因，改造集合论，探讨消除悖论的可能。
人们选择了后一条路，希望在消除悖论的同时，尽量把原有理论中有价值的东西保留下来。
这种选择的理由是，原有的康托集合论虽然简明，但并不是建立在明晰的公理基础之上的，这就留下了解决问题的余地。
罗素等人分析后认为，这些悖论的共同特征（悖论的实质）是“自我指谓”。即，一个待定义的概念，用了包含该概念在内的一些概念来定义，造成恶性循环。
例如，悖论中定义“不属于自身的集合N”时，涉及到“自身”这个待定义的对象。
为了消除悖论，数学家们要将康托“朴素的集合论”加以公理化；并且规定构造集合的原则，例如，不允许出现“所有集合的集合”、“一切属于自身的集合”这样的集合。
1908年，策梅洛（E.F.F.Zermelo,1871—1953）提出了由7条公理组成的集合论体系，称为Z-系统。
1922年，弗兰克尔（A.A.Fraenkel）又加进一条公理，还把公理用符号逻辑表示出来，形成了集合论的ZF-系统。再后来，还有改进的ZFC-系统。
这样，大体完成了由朴素集合论到公理集合论的发展过程，悖论消除了。
但是，新的系统的相容性尚未证明。因此，庞加莱在策梅洛的公理化集合论出来后不久，形象地评论道：“为了防狼，羊群已经用篱笆圈起来了，但却不知道圈内有没有狼”。
这就是说，第三次数学危机的解决，并不是完全令人满意的。
四、三次数学危机与“无穷”的联系
我们过去就说过，无穷与有穷有本质的区别：
现在我们可以总结说，三次数学危机都与无穷有关，也与人们对
数学本来就是与人们联系最紧密的一个知识领域，一个“学科”。它与“语文”一样，被 认为是学习其它学科的基础和工具，也是人们生活最基本的技能。有人甚至说，一个人如 果“不识数”要比“不识字”还难以在社会上生活，可见数学基础知识的重要。与此同时，数学文化也渐渐地进入人们视野。那么到底什么是数学文化呢？虽然刚开学就去自主实习，并没有上数学文化这门课，下面我就结合在小学的实习情况来谈谈数学文化。 说到“数学文化”，大多数人还是很难对它有一个明晰的认识。数学文化当然不是指数学 知识，不但不是指“识数”、“算术”这样最基础的数学知识，而且也不是指“几何”、“代数”、“微积分”以及更高深的数学知识。我在网上查了一下数学文化的概念，它是 指数学的思想、精神、方法、观点、语言以及它们的形成和发展。广义上还包括数学家、 数学史、数学美、数学教育、数学发展中的人文成分，还包括数学与社会的联系、数学与 各种文化的关系等等。有一个比较直观的说法：当一个人学习了许多数学知识以后，如果 把所有的数学知识都忘掉或都“抽出去”，剩下的就是数学文化。而这些数学文化在人的 头脑中落户，则形成一个人的“数学素养”。 我实习的是一年级，看了一年级的数学课本，了解到培养低段学生的数学文化主要途径就 是给他们介绍数学历史、讲一些名人小故事和数学与生活相关的实践活动等几方面来激发 孩子学习数学的兴趣，从而逐渐培养自主获取数学知识和文化的能力，最终形成他们的数 学文化素养。因此，我希望在数学文化的课堂上多学习一些、了解到数学与社会的联系方 面的内容。尽可能在课堂多组织一些数学实践活动，使我们体会到数学在生活中的重要作用。增加这方面的内容，也为在小学中组织丰富的数学实践活动提供了多种资料素材，让 学生感受到数学在生活中的运用，激发了他们想要学数学的欲望。 我在小学一年级实习数学，观察到数学老师充分体现了新课标的教育理念和思想，不仅仅 只停留在数学基础知识的教学，还在课堂教学中加入了许许多多的数学文化，激发了学生 学习数学的兴趣，还调动了全班同学的积极性。例如，老师在讲完生活中的数后，专门用 一节课给同学讲了讲为什么要把“0”作为自然数，还在那节课上讲了讲数字的发展史， 我观察到班里的所有同学都听得聚精会神，生怕漏下一点内容。而且我的数学指导老师还 特别善于抓住每个机会给学生渗透数学在实际生活中的应用，比如：当时在期中考试卷子 上有一个关于排队的附加题，全班只有不到三分之一的人做对了，于是老师在讲解这道附 加题时，让三组同学上台表演，花费了整整一节课，又用了一节课将生活中所有排队情况 编成了数学问题，不仅开拓了学生的思维，而且让孩子们在实际的操练中掌握了数学知识，锻炼了解决数学问题的能力。我曾问老师：“您用两节课只教会学生解决一个数学问题， 不觉得浪费吗？”老师语重心长的对我说：“现在数学教学已经和我们上小学那时候不同，当下的教育培养的是素质创新人才，如果还一味的教知识，不注重数学素养的培养，这样 的教育毫无意义，教师将变成一个不与时俱进的老顽童，一位失败的引导者。”指导老师 这席话让我明白了数学文化在数学中的重要地位，一定要从低段学生就开始给他们在课堂 教学中渗透数学文化，培养他们的数学文化素养。
数学文化研究文献综述 段灿松曲靖2013 年5月25日星期六 “数学是一种文化”的新观点起于20 世纪60 年代，是美国学者怀尔德 ( R.Wilder ，1896-1982 )在他的数学著作《作为文化系统的数学》中最早提出来的, 怀尔德从文化生成和发展的理论等方面提出了数学文化的概念及有关理论体系，他的数学文化观是长时间以来出现的第一个比较成熟的数学哲学观。 国内最早关注数学文化的是北京大学的孙小礼教授，1992 年，她与邓东皋、张祖贵合编了《数学与文化》一书，书中精选了一批国内外著名的数学家以及研究数学的哲学家的文章，从各个侧面来说明数学在整个文化中的地位。该书提出：“数学学科并不是一系列的技巧。这些技巧只不过是它微不足道的方面，它们远不能代表数学, 就如同调配颜色远不能当作绘画一样。技巧是将数学的激情、推理、美和深刻的内涵剥落后的产物。数学在形成现代生活和思想中起重要作用” ，“数学一直是形成现代文化的主要力量” ，[1]他们都力图把数学从单纯的逻辑演绎推理的圈子中解放出来，充分揭示数学文化的内涵，肯定数学文化存在的价值。自从邓东皋等编著的《数学与文化》出版以来，相关人士开始从文化的角度关注数学及其文化价值，开始对数学与文化的关系进行深刻思考, 并且有越来越多的人投身于研究之中。 齐民友著的《数学与文化》一书探讨了数学与文化的关系，从数学和文化的起源谈起，直至它们的演变和进化，用诸多的事例，说明数学对人类文化的影响不仅显示在现代科学技术方面，更重要的是它表现了一种理性的探索精神，该书还特别指出：“一个没有现代数学的文化是注定要衰落的。” [2]王宪昌等出版的专著《数学文化学》，强调并指出数学文化是“数学共同体”产生的文化效应，数学文化并非是自生自灭的封闭系统，而是一个开放的系统。[3]院士王梓坤在《今日数学及其应用》一文中总结了数学的四个作用，数学对全体人民的科学思维与文化素质的哺育就是其中的一个作用，他指出:“数学文化具有比数学知识体系更为丰富和深邃的文化内涵，数学文化是对数学知识、技能、能力和素质等概念的高度概括。[4] 近几年来，我国从事数学文化教育研究的人越来越多，许多文章、书籍相继面世。如郑毓信的《数学的文化价值何在、何为—语文课反照下的数学教学》，张顺燕的《数学教育与数学文化》，王新民、马崛兴在《新课程中“数学文化”的涵义诊释》等
１１４ 人类在认识世界、改造世界的同时， 对数学、艺术、文学等等都有逐渐深刻的 了解。数学作为自然科学的基础，与人文 社会科学各学科都有着深刻的内在联系。 高度的抽象性和严密的逻辑性使数学披 上了神秘的面纱，而艺术作为人类文明 的载体，造就了人类自身的审美观念和 创造意识。同时，数学与艺术的和谐发展 与共存，把人类引入了一个物质文化和 精神文明高度统一的和谐境界。 一、“几何”之美 在数学的基本形体方面存在一些不 同的特征。如圆形柔和、饱满；三角形稳 定；正方形刚劲等等。比如用同一根线可 以围成许多图形，但是其中面积最大的 是圆。毕达哥拉斯学派的最高美学思想 是“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。”中国新石器时 代舞蹈纹彩陶盆，历经千年依然体现着 这一美学原理。“方形使人感到刚劲，立 三角有安全感，倒三角有轻危感，三角顶 端转向侧面则有前进感，高而窄的形体 具有险峻感，宽而平的形体有安稳感等 等。”这些优美的线条在古今艺术创作中 随处可见。 在线条方面，直线表现刚劲，如商代 的司母戊方鼎。曲线表现柔和，如永乐宫 壁画中仙女的衣纹。波状线表现轻快流 畅，辐状放射线表现奔放，交错线表现激数学与艺术之美 文／魏迎涛 李恒 数学与艺术有着共同的美学特征，其中以几何之美、对称之美、“黄金分割”之美、透视之美、和谐之美最具特色，这些美学要素不仅成为数学领域里最科学的、最美的象征，也成为艺术领域里感性的、最高的审美标准。 荡，平行线表现安稳等。荷迦兹曾认为一切线条中最美的是曲线，曲线不仅是数学美谈论的焦点，也是艺术美中的骄傲。二、对称之美比例是指一件事物整体与局部以及局部与局部之间的关系。例如我们平时所说的“匀称”，也就包含了一定的比例关系。古代宋玉所谓“增之一分则太长，减之一分则太短”就是指的比例关系。在数学上，比例构成为１：１时，称为对称。例如，Ａ＋Ｂ＝Ｂ＋Ａ，ＡＢ＝ＢＡ，Ｃ（Ａ＋Ｂ）＝ ＣＡ＋ＣＢ等。其中数学中的几何对称图形是典型的视觉对称美。平面几何中，任意一条直线只要通过圆的中心都能将圆完全等分，即分隔开的面积对称均等。代数中，有一元二次方程两个根的对称、方程的对称函数，甚至还有专门关于对称性的数学理论——群论。数学中的对称美是数学对自然本质的一种反映，它不仅精致细微，而且奇妙无比。二项式定理的展开式、“杨辉三角”等呈现的都是一种对称美。在物理学上，正电子的猜想便是狄拉克从数学对称美的角度大胆预言出来的。艺术上的对称美不仅体现了数学美的精细，也体现自身视觉美的特点。在艺术上，对称是指以一条线为中轴，左右或上下两侧均匀等，所产生的视觉对称。如人体中眼、耳、手、鼻、足等都是对称的。工艺美术中的二方连续纹样、四方连续纹样等。古今中外很多图案艺术、建筑艺术经常采用对称美的法则作为设计理念。人类自古以来就对对称美推崇备至，对称的概念几乎已经渗透到所有的学科领域内。世界各国在各个领域都很重视，但是我们国家对此成就最为突出。中国古代建筑组群的布局结合形式均根据中轴线对称发展。甚至城市规划也依据此原则，以全城气势最宏大、规模最巨大的建筑组群为全城中轴线的主体。伟大的北京故宫建筑群，采用的是完美的中轴线对称格局来设计完成，体现了一种皇家的气派和庄重美，把封建“君权”抬高到无以复加的地步，这种极端严肃的布置是中国封建社会末期君主专制制度的典型。其他如著名的河南登封观星台、南京中山陵、天坛、埃及的大金字塔，罗马的角斗场等等都是中心对称图形，极具对称美的特点，体现了艺术家们对“对称美”的追求和崇敬。三、“黄金分割”之美关于什么样的比例最能引起人的美感，西方蔡辛克认为黄金分割的比例最能引起人的美感。所谓黄金分割，即将一条线段（ＡＢ）分割成大小两条线段（ＡＰ，ＰＢ）如图１，若小段ＰＢ与大段ＡＰ的长度之比等于大段ＡＰ与全段ＡＢ的长度之比，此时，线段ＡＰ叫做线段ＰＢ、ＡＢ的比例中项，则可得出这一比值≈０．６１８…，这种分割称为黄金分割，点Ｐ叫做线段ＡＢ的黄金分割点。这种分割被艺术家达?芬奇称为“黄金分割”，被天文学家开普勒称为“神圣分割”。ＳＨＥＪＩ设计
谈数学史与数学文化 理学院数学081张林静 081002138 内容提要： 数学的思想、精神、文化对于人类历史文化变革有着重要的影响。我们正是在这一意义下来学习、讨论、研究数学文化的。 关键字：数学方法数学发展三次数学危机数学美数学与哲学 一智慧展现——数学方法和数学思想 数学方法和数学思想将数学的智慧和魅力展现得淋漓尽致，。数学的方法是贯穿了整个数学，也是学习数学的基础。数学的很多方法是有辩证性的，比如具体与抽象；演绎与归纳；发现与证明；分析与综合；这些方法之间有联系又有区别。（一）、具体与抽象：具体是社会实践，是客观存在的东西，因为数学是源于社会实践的。同时数学是一种利用自身已有的概念、定理、公设，借助已知的相互关系，通过推理、计算而获得新发现的学科。数学的概念是抽象的，数学的方法也是抽象的。爱因斯坦相对论的发现恰恰是借助于数学的方法论路径去实现的，如果没有非欧几何人类可能还要在牛顿的时空观中走过许多年才能寻找到相对论。数学方法的抽象是借助数学概念、公理、定理、公设等，把所有涉及研究对象的概念以及研究对象的抽象性归并汇集在一起，找出他们更具体抽象、统一的结论。这种抽象方法，人们一般冠以公理化方法。它大大拓宽了人们的视野，从只抽象个别对象扩展到抽象整个数学理论的逻辑结构。现在，数学研究的对象已不是具体、特殊的对象，而是抽象的数学结构。（二）、演绎与归纳：演绎法是由一般到特殊的推理，它有三段论的表现形式，由一般的判断，特殊判断，结论三部分组成。归纳与演绎不同，归纳是这样一种推理：其中所得到的结论超越了经验材料所提供的东西的一种经验猜想。看起来归纳与演绎很有区别的，事实归纳与演绎是相依而存、互为发展、对立统一的。恩格斯在《自然辩证法》中说：“我们用世界上的一切归纳法都永远不能把归纳过程弄清楚，只有对这个过程的分析才能做到这一点——归纳与演绎，正如分析与综合一样是必然相互联系着的，不应当牺牲一个而把另一个捧上天，应当把每一个用到该用的地方，而要做到这一点，就只有注意它们的相互联系，它们的相互补充。”（三）、发现与证明：
古今中外数学文化故事精选 祖冲之祖籍河北，他的祖父和父亲都曾在南朝做官，因而他出生于南方.晋朝末年，由于北方连年混战，中原地区的人口大量迁移到 南方，促使长江流域的农业生产和社会经济各方面都有迅速的发展，祖冲之正是诞生在这样的时代环境里.祖家历代对天文历法都很有研究.在家庭的影响下，祖冲之从小便对天文学和数学发生了浓厚的兴趣. 在青年时代，他便对刘歆、张衡、王蕃、刘徽等人的工作进行了深入细致的研究，驳正了他们的错误.以后他继续钻研，在科学技术 方面作出极有价值的贡献.精确到小数点后第六位数的圆周率，便是 他其中最杰出的成就之一.在天文历法方面，他曾将自古代到他生活 年代为止所有可以搜罗到的文献资料，全部整理了一遍，并且通过 亲自观测和推算，做了深切的验证.他指出当时所流行的何承天(公 元370-447年)编定的历法有许多严重的错误.因此他便开始编制另 一种新的历法. 宋大明6年(公元462年)，33岁的祖冲之编好了新的历法“大 明历”.这是一部最好的历法，但是却遭到了当时朝廷中最得势人物 戴法兴的反对.许多官员惧怕戴法兴的势力，不敢对祖冲之新历作公 正的评定.祖冲之为了坚持真理，勇敢地与戴法兴展开了辩论，他写 了一篇有名的《驳议》，逐条驳斥了戴法兴的无理责难.这场辩论， 实际上反映了当时科学发展过程中科学和反科学、进步和保守之间 的尖锐斗争.戴法兴等人认为：历代流传下来的东西，都是古制，是 不可革的，是“万世不易”的，他们认为天文历法不是“凡人”可 以修改的，他们说：“非冲之浅虑妄可穿凿”，甚至进一步责骂祖 冲之是“诬天背经”.祖冲之对他们提出了尖锐的反驳.他认为日月 五星的运行“非出神怪”，“是有形可检，有数可推”，只要进行 细心的观测和推算.孟子早先所说“千年之日至(夏至、冬至)可生而致”的话是完全可以做到的.祖冲之在《驳议》中写了两句非常有名 的话“愿闻显据，以覆理实”，“浮词虚贬，窃非所惧”.他希望双
数学文化与数学之美赏析 学院：xxxx学院姓名：xxx 学号：xxxxxxxxx 爱美之心，人皆有之，人们执著地追求着美。但到底什么是美，是很难说清楚的。庄子说“各美其美”，认为美没有公认的美的绝对标准。美只能意味，不能言传。 美是引起人的愉悦情绪的一种客观属性依赖于人们对客观事物的认识。当我们聆听一首优美的乐曲，观看一幅精美的图画，或置身于优雅的大自然中，我们便会全身心地感到愉悦，受到一种美的陶冶。 但是，除了艺术上的美、大自然的美外，人们是否想到科学也有美呢？有不少中小学生认为学习数学很苦、枯燥无味，不存在什么美感的问题。知识为了考试，为了升学而不得不学数学。我在课余时间也辅导一名初中生，从他的表现中，我也能感知他对数学的痛恨。 数学果真无美感可言吗？答案是否定的。本学期，我们开设了《数学文化与数学之美》课程，从中我们对数学文化及数学美有了新的见解和认识。通过深入了解伟大的数学家们艰辛的定理探索史，我们获知了这些定理的来之不易。他们在探索和求知的道路上所表现的执着和认真的态度，让我们有了新的启发。 通过了解数学及其背后的故事，我们会感到一种惊喜，原来数学离我们是如此之近，数学世界是如此的丰富多彩。数学发展史，就像精彩的故事一样，波澜起伏，扣人心弦。既在情理之中，又在情理之外，是和谐与奇异的统一体。 古今中外有许多学者都认为数学是美的，并作过精辟的论述。古
希腊学者毕达哥拉斯说：“美就是和谐，整个天体是一种和谐，宇宙的和谐是由数构成的，因而构成了整个宇宙的美。”提出了数的三段论。英国哲学家、数学家罗素认为：“数学，如果正确地看待它，不但拥有真理，而且也具有至高的美，是一种冷而严肃的美。这种美没有绘画或者音乐那样华丽的装饰，它可以纯净到崇高的地步，能够达到只有伟大的艺术才能谱写的那种完美的地步。”这就道出了美的特殊性。 英国数学家怀特海说：“作为人类精神最原始的创造，只有音乐堪与数学媲美。只有取得过数学财富的少数人，才能尝到数学的‘特殊乐趣’。”这似乎是说数学是“阳春白雪，和着盖寡”。 而另一数学家哈代的看法要实在些：“现在也许难以找到一个受过教育的人对数学的魅力全然无动于衷，实际上，没有什么比数学更为‘普及’的科学了。大多数人能欣赏一点数学，正如同多数人能欣赏一支令人愉快的曲调一样。”即数学也有它“下里巴人”的一面。 香港旅美数学家、菲尔兹奖获得者邱成桐说：“数学家找寻美德境界，讲求简单的定律，解决实际问题，而这些因素都永远不会远离世界。”即数学有取之不尽的源泉。我国现代著名数学家徐利治教授提出：“所谓数学美的含义是丰富的，如数学概念的简单性、统一性，结构系统的协调性、对称性，数学命题与数学模型的概括性、典型性和普遍性，还有数学中的奇异性等，都是数学美的具体内容。”徐利治指出了数学美的具体含义。 其实，数学美并非“阳春白雪，曲高和寡”。当我们悟出了一个
用文学的眼光审视数学之美 “数学是美的。”而美的数学，在自古崇尚诗书传世的中国，竟也浸染着扑鼻的书香。中国悠久历史所积淀出来的文学底蕴，为中国的数学染上了一层夺目的别样色彩，这就是数学的文采，这就是数学的美仑美奂。 1 自然美 文学是反映生活的一面镜子，脱离生活的文学是空洞的，没有任何用处。数学也是这样的。 数学存在的意义，在于理性地揭示自然界的一些现象和规律，帮助人们认识自然，改造自然。可以这样说，数学是取诸生活而用诸生活的。数学最早的起源，大概来自古代人们的结绳记事，一个一个的绳扣，把数学的根和生活从一开始就牢牢地系在了一起。 在中国，数学源于生活，在外国，历代数学家也都宗法自然。阿基米德的数学成果，都用于当时的军事、建筑、工程等众多科学领域；牛顿见物象而思数学之所出，即有微积分的创作；费尔玛和尤拉对变分法的开创性发明也是由探索自然界的现象而引起的。 2 简洁美 世事再纷繁，加减乘除算尽；宇宙虽广大，点线面体包完。这首小诗，用字不多，却到位地概括出了数学的简洁明了，微言大义。数学和诗歌一样，有着独特的简洁美。如果说，诗歌的简洁，是写意的，是欲言还休的，是中国水墨画中的留白，那么数学语言的微言大义，则是写实的，是简洁精确、抽象规范的，是严谨的科学态度的体现。数学的简洁，不仅使人们更快、更准确地把握理论的精髓，促进自身学科的发展，也使数学学科具有了很强的通用性。目前，数学作为自然科学的语言和工具，已经成了所有科学——包括社会科学在内的语言和工具。 最为典型的例子，莫过于二进制在计算机领域的应用。试想，任何一个复杂的指令，都被译做明确的01数字串，这是多么伟大的一个构想。可以说，没有数学的简化，就没有现在这个互联网四通八达、信息技术飞速发展的时代。 3 对称美 中国的文学讲究对称，这点可从古代的楹联文化中窥见一斑。而更胜一筹的对称就是回文了。数学中也不乏这样的回文现象，如：12×12=144，21×21=441；13×13=169，31×31=961；102×102=10404，201×201=40401；103×103=10609，301×301=90601等等。
论文题目：数学文化与人类文明学院：经济管理学院 专业：工商管理 学号：2134031755 姓名：丁岳凤
引言 在当今社会,科学技术正以迅猛的势头强烈地影响、渗透并冲击着人类社会几乎所有的领域,数学与数学技术是其中最强劲的浪潮之一。在新技术革命和信息革命中,数学理论与技术起着十分重要的作用。纵观人类科学与文明发展的历史,我们可以发现:数学一直是人类文明发展的主要文化力量,同时人类文化的发展又极大地影响了数学的进步。按照现代数学研究，数学文化可以表述为以数学科学为核心，以数学的思想、精神、方法、内容等所辐射的相关文化领域为有机组成部分的一个具有特定功能的动态系统，其基本要素是数学及与数学有关的各种文化现象。数学文化研究开展以来，数学的抽象、确定、继承、简洁、统一的文化属性和渗透、传播、应用、预见的功能特征被挖掘出来，数学的艺术性也深深吸引了人们的眼球。本文就是着重研究数学文化与人类文明的联系，发掘数学的文化功能。 关键词： 数学，数学文化，数学教育，人类文明 1.数学文化的内涵 数学作为一种文化现象，早已是人们的常识。历史地看，古希腊和文艺复兴时期的文化名人，往往本身就是数学家。最著名的如柏拉图和达·芬奇．近代，爱因斯坦、希尔伯特、罗素、冯·诺依曼等都是20 世纪数学文明的缔造者。“广义的文化概念强调的是文化对人类创造活动的依赖性。数学对象终究不是物质世界中的真实存在,从这个意义上说,数学就是一种文化。狭义的文化概念强调的是文化对人的行为、观念、态度、精神等的影响。”①数学除了在科学技术方面的应用外,其在精神领域的功效,特别是在对人类理性精神方面的影响也是有目共睹的。作为一种人类的理性精神,作为理性精神最有力的倡导者和体现者,今天数学已在一定程度上渗透到以前由权威、习惯和风俗所统治的领域,成为人们思想和行动的先导之一。某些数学成果如无理数和非欧几何的发现所产生的精神方面的影响,并不亚于对数学本身产生的影响,它们对认识论、伦理观乃至人生观都产生了巨大的影响。因此,在这种意义上说,数学还是一种文化。 按照现代数学研究，广义地讲，数学文化可以表述为以数学科学为核心，以数学的思想、精神、方法、内容等所辐射的相关文化领域为有机组成部分的一个具有特定功能的动态系统，其基本要素是数学及与数学有关的各种文化对象。 2. 数学文化与一般人类文化、科学文化 数学文化有与一般人类文化的共性,因为它既是人类文化的组成部分,也是人类文化发展的产物,都有对人类智力、美学和道德方面培养的功能。但数学文化有与一般人类文化相比又具有特殊性,即数学文化的个性:数学有自己独一无二的语言—数学语言,数学具有独特的价值判断标准一一数学认识论和真理观。这使得数学不仅与文学、艺术有很大差别,而且与科学(包括自然科学和社会科学)也有着巨大的不同。从社会学的角度看,数学还具有独特的发展模式。这些独特的个性,一方面使数学自身构成了一种独立的文化体系,同时也使数学与一般人类文化有本质的区别。 数学文化与科学文化也有着本质的不同,从学科分类中数学与自然科学的关系可以说明这一点。历史上,数学曾经是哲学的一个分支,亚里士多德护Jistotle)将数学放在关于纯知识学问的理论哲学中,欧洲中世纪的学者也将数学作为哲学的分支放在神学类之下。古希腊早期的数学家都是哲学家,中国先秦对数学有贡献的数学家也均是哲学家(如管子、老子、庄子、墨子等)。直到文艺复兴时期,培根.F(Bacno)
浅谈对数学文化的认识 朱慧 （石家庄经济学院） 摘要：在广泛文献检索基础上，本文对数学文化的历史、典故、影响、现状等进行了概述，为咋样更好的学好这门课进行了总结。 关键词：数学文化；数学典故；价值 1数学文化 1.1数学文化的历史 数学作为一种文化现象，早已是人们的常识．历史地看，古希腊和文艺复兴时期的文化名人，往往本身就是数学家．最著名的如柏拉图和达·芬奇．近代，爱因斯坦、希尔伯特、罗素、冯·诺依曼等都是 20 世纪数学文明的缔造者．（张奠宙，梁绍君，金家梁2003）数学的起源，有的人说来自一个相传的“河图洛书”神话，数学就是由“龙马”和“神龟”驮着送到人类的视野里，不管是真的与否，都给数学蒙上了一层神秘的面纱，让人类对数学这个神奇的工具产生了无限的好奇之心，想要去探究和发现数学中蕴含的秘密，正是这些因素让数百年前乃至几千年前的祖先们开始了他们追逐数学的道路，也正因为如此才给我们今天的数学打下了牢不可摧的根基，让我们可以站在古人的肩膀上来探讨今天的高等数学教育以及优秀的数学文化．所谓的数学文化不仅在于数学知识的本身，还离不开孕育它的悠久历史．从微观方面来说，数学的文化价值指的是具有数学概念、方法以及思想来揭示数学文化的由来与底蕴，正因如此，数学文化在数学教育的长河中有着十分重要的价值．对于从事教育的研究者而言，数学的文化价值更体现于对数学学习者的思维、观念乃至价值观等各方面的影响．（周华全，2013） 1.2数学文化的概念 关于数学文化的论著很多，但是揭示数学文化内涵的论著寥寥无几，不少研究者都引用顾沛先生所给的定义，即：“‘数学文化’一词的内涵，简单说，是指数学思想、精神、方法、观点，以及他们的形成和发展；广泛些说，除上述内涵外，还包含数学家、数学史、数学美、数学教育、数学发展中的人文成分、数学与社会的联系、数学与各种文化的关系，等等．”该定义从内涵和外延两个方面说明了数学文化，固然有它的合理性，但是作为一种定义显得有些繁琐．我们参考一般文化的各种定义和数学学科以及数学与人类其他文化关系，为数学文化给出如下定义：数学文化是数学知识、思想方法及其在人类活动的应用以及与数学有关的民俗习惯和信仰的总和．在数学文化的发展过程中科学精神、价值取向、审美意识、民族文化心理等起到促进作用．我们可以说纯粹数学、数学史、数学故事、几何图案、某些特殊意义的数字都是数学文化，但反之不然，如不能说数学文化是纯粹数学或数学文化是数学史，等等． 依照上述定义，可以将数学文化形态分为纯粹数学形态、学校数学形态、应用数学形态、民族数学形态四种，这样能够更清晰地了解数学文化．这四种形态之间并不是截然分开的，它们之间也存在不同程度的联系或交叉。（代钦，2013） 2数学典故 2.1数学典故的益处 在数学学习中利用数学文化中的数学典故可以有效的激发学习兴趣。几千年的历史长河中，人类用智慧建造了辉煌灿烂的数学宫殿，了解一些相关数学知识的文化背景和历史背景，无疑对于提高数学修养和学习兴趣是有益的。 2.2阿基米德的励志故事 数学学习有时候可能要遇到物质和精神方面的困难，这时候我们励志于大海边的阿基米德的故事。阿基米德是古希腊伟大的数学家、物理学家、天文学家和发明家，后人将他与牛顿、欧拉、高斯并称为“数坛四杰”“数学之神”。阿基米德 11 岁那年，离了父母，来到了古希腊最大的城市之一的亚历山大里亚求学。阿基米德没有纸笔，就把书本上学到的定理和公式，一点一点地牢记在脑子里。阿基米德攻读的是数学，需要画图形、推导公式、进行演算。他
南昌师范学院 系别： 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 数学史与数学文化学习体会 ———数学史中的哲学启示和学习感悟【摘要】 通过实例叙述了中外数学发展进程中凝练出的数学哲学思想的变革和相互联系，概括了数学哲学思想的重要性、实用性以及数学和哲学水乳交融相辅相成的紧密联系。最后分五个方面对数学史和数学文化课程学习的感悟体会和学习意义进行了总结提炼。
【关键词】数学史哲学思想数学文化感悟 【正文】 我认为：数学史与数学文化作为一门课程一门学科，教授给我的绝不仅仅只停留在数学作为一门科学在不断发展演变的历程中不胜枚举的中外数学家以及数学发展史中具体事例和思想运动，更内涵而又丰满地是教授我一种数学的哲学思想、事物的发展规律、唯物理性客观的世界观和方法论，是对我们今后人生的指引和极大丰富。同时也是对身为理工科大学生人文情操和文化素养的磨练及沉淀，这才是我认为学习完数学史数学文化这门课程的精神内核。 数学史的离不开数学哲学，否则，就不能达到应有的深度。法国伟大的数学家亨利·庞加莱曾说：“如果我们想要预测数学的未来，那么适当的途径是研究这们学科的历史和现状”在谈到数学史对数学的重要性时，英国数学家格莱舍有一段经典名言：“任何一种企图将一个学科和它的历史割裂开来，我确信，没有哪一个学科比数学的损失更大。”无独有偶，德国数学家汉克尔也形象地指出过数学的这一特点：“在大多数学科里，一代人的建筑被下一代人所摧毁，一个人的创造被另一个人所破坏。惟独数学，每一代人都在古老的大厦上添加一层楼。”数学是历史的科学，是由历史成果积累而成的。 经过数学史课程的学习，我被数学文化中深刻的哲学思想而深深吸引。通过老师课堂上的丰富举例；通过一个个生动、紧张、严肃、活泼的数学家形象和事例；通过数学史上一次次的猜想、命题、假设、证明，一次次地发展变革，更是引发了我对数学的发展规律和其本质哲学思想变革的不断思索。 【一】中国早期的数学哲学思想 【1】《墨经》数学哲学思想的特点 纵观墨家的数学成就，只是一些分散的数学知识积累。既没有形成一个完整的公理体系，也没有使用任何数学符号、几何图形、公式方程来反映其数学思想，仅在文字上进行了高度 抽象的概括，却没有妨碍墨家科学思想在数学上体现。墨家科学思想的突出特点是将技术的应用与发展研究相结合，“巧传则求其故”。巧指工艺技巧，传指世代相传，求就是探索寻找，故就是原因、道理．即在世代相传的手工技巧中找寻出规律并将其总结成科学真理，从而达到“以往知来，以知见隐”．思格斯说：“数学的无限是从现实中借来的??，所以它不能从它自身、从数学的抽象来说明，而只能从现实来说明．旧墨家的数学思想正是从社会生产与社会实践中产生的，“摹略万物之然，探究其所以然”的实证主义科学态度使得墨家的科学活动有了明确的指导思想，这种对待自然科学求真唯实的作风不但促进了战国时期科学技术的发展，而且逼近了近代科学发展的基础，为古代中国科学发展开辟出一条有可能走向近代科学的道路。 【2】《九章算术注》的数学哲学思想 刘徽是我国古代伟大的数学家，所著《九章算术注》一书，是他毕生研究数学的结晶，在这本书里集中体现了刘徽对待数学的根本观点，即唯物数学观点唯
（八） 第三章 若干数学典故中的数学文化 第一节历史上的三次数学危机 历史上，数学的发展有顺利也有曲折。大的挫折也可以叫做危机，危机也意味着挑战，危机的解决就意味着进步。所以，危机往往是数学发展的先导。数学发展史上有三次数学危机。每一次数学危机，都是数学的基本部分受到质疑。实际上，也恰恰是这三次危机，引发了数学上的三次思想解放，大大推动了数学科学的发展。 一、第一次数学危机 第一次数学危机是由2不能写成两个整数之比引发的，我们在第一章已专门讨论过，现再简要回顾一下。 这一危机发生在公元前5世纪，危机来源于：当时认为所有的数都能表示为整数比，但突然发现2不能表为整数比。其实质是：2是无理数，全体整数之比构成的是有理数系，有理数系需要扩充，要添加无理数。 当时古希腊的欧多克索斯部分地解决了这一危机。他采用了一个
十分巧妙的关于“两个量之比”的新说法，回避了2是无理数的实质，用几何的方法去处理不可公度比。这样做的结果，使几何的基础牢靠了，几何从全部数学中脱颖而出。欧几里得的《几何原本》中也采用了这一说法，以致在以后的近二千年中，几何变成了几乎是全部严密数学的基础。 但是彻底解决这一危机是在19世纪，依赖实数理论的建立。 二、第二次数学危机 第二次数学危机发生在牛顿创立微积分的十七世纪。第一次数学危机是由毕达哥拉斯学派内部提出的，第二次数学危机则是由牛顿学派的外部、贝克莱大主教提出的，是对牛顿“无穷小量”说法的质疑引起的。 1．危机的引发 1）牛顿的“无穷小” 牛顿的微积分是一项划时代的科学成就，蕴含着巨大的智慧和创新，但也有逻辑上的问题。我们来看一个例子。 微积分的一个来源，是想求运动物体在某一时刻 t的瞬时速度。 在牛顿之前，只能求一段时间内的平均速度，无法求某一时刻的瞬时速度。
第一章生活中的数学美 核心提示：美国数学家克莱因曾对数学美作过这样的描述：“音乐能激发或抚慰情怀，绘画使人赏心悦目，诗歌能动人心弦，哲学使人获得智慧，科技可以改善物质生活，但数学却能提供以上一切。”作为科学的语言，数学具有一般语言文学与艺术共有的美的特征，这就是数学在其内容结构与方法上都具有的某种美，但数学美又有自身的独特含义。简单的说，数学美有四个方面的表现形式：和谐美、对称美、简洁美、奇异美一、和谐美。 一、和谐美 1是一个最简单的数，但同时可以说一切数起源于1。越来越复杂的数系，如：自然数，由1演变出所有自然数：2、3、4、5、6，…，后来再加进它们的相反数：-1、-2、-3、-4、…；它们依然是和谐的，而且起源于1。黄金分割数0.618，它不仅仅是一个小数，它却是生活中和谐美的代言人。在日常生活中，最和谐悦目的矩形，如电视屏幕、写字台面、书籍、衣服、门窗等，其短边与长边之比为0.618，你会因此比例协调而赏心悦目。甚至连火柴盒、国旗的长宽比例设计，都恪守0.618值。在音乐会上，报幕员在舞台上的最佳位置，是舞台宽度的0.618之处；二胡要获得最佳音色，其“千斤”则须放在琴弦长度的0.618处。最有趣的是，在消费领域中也可妙用0.618这个“黄金数”，获得“物美价廉”的效果。据专家介绍，在同一商品有多个品种、多种价值情况下，将高档价格减去低档价格再乘以0.618，即为挑选商品的首选价格。古希腊断臂维纳斯、雅典娜女神和“海姑娘”阿曼达，其体型结构比例完全符合黄金分割率(在躯干部分，乳房位置的上下长度比；咽喉至头顶和至肚脐之比；膝盖至脚后跟和至肚脐之比等，都是黄金分割数0.618的近似数)，美妙绝伦。可见，黄金分割的美，无处不在，它充分体现了生活中的数学美。 二、对称美 在古代“对称”一词的含义是“和谐”、“美观”。事实上，译自希腊语的这个词，原义是“在一些物品的布置时出现的般配与和谐”。毕达哥拉斯学派认为，一切空间图形中，最美的是球形；一切平面图形中，最美的是圆形。圆是中心对称圆形――圆心是它的对称中心，圆也是轴对称图形――任何一条直径都是它的对称轴。对称美的形式很多，人们对于对称美的追求是自然的、朴素的。对称的建筑物、对称的图案，是随处可见的。如我们喜爱的对数螺线、雪花，知道它的一部分，就可以知道它的全部。绘画中利用对称，文学作品中也有对称手法。在数学中则表现在几何图形中有点对称、线对称、面对称。在几何图形中还有一些深层次的对称美：如图，虽然黄金分割点（在0.618处）不是对称点，但若将左端点记为Ａ，右端点记为Ｂ，黄金分割点记为C，则ＡＣ＝0.618ＡＢ；而且Ｃ关于中点的对称点Ｄ也是Ａ的黄金分割点（因为ＢＤ＝0.618ＡＢ）；再进一层看，Ｄ又是ＡＣ的黄金分割点，Ｃ是ＤＢ的黄金分割点。类似一直讨论下去，这可视为一种连环对称。 三、简洁美 简洁、有效、经济给人以美感，繁琐、臃肿、无谓的消耗则给人以相反的感觉。数学不愿意把１亿写成100000000，而写成108，更不愿意把一亿分之一
本科生《数学文化》选修课程论文 数学文化的思考 与中外数学文化的差异 学院：理学院 专业：化学工程与工艺 姓名： Zen Ting 学号： 联系电话： 电子邮箱： 指导教师：布和 教师职称：讲师 论文完成日期：二零一二年十二月一日 摘要 数学在人类发展史上有着举足轻重的作用，扮演着重要的角色，可以毫不夸张的说，没有数学这门科学，人类的历史就无法展开，它不仅在学术层面上重要，更是对我们绚丽多彩的文化起着重大的作用。本文将回顾数学的发展史，浅谈数学对文化的作用，以及中外数学文化的差异。 关键词：阿基里斯追龟论飞箭静止论《算术》希腊数学文化中国数学代表 引言 数学文化哲学作为一门学科或一个研究方向,是将数学置于人类文化大背景下而对其进行哲学反思。从数学哲学转向数学文化哲学是在数学文化背景下的必然选择。数学文化哲学不仅涵盖了对于数学本质及其价值更为深入的认识,而且从一个更为广泛的角度指明了影响数学发展的各个因素,因此是对传统数学哲学的深化和拓展。数学文化哲学的孕育和产生有着深刻的学术背景和社会因素。这种转向有助于使数学哲学走出现在的困境,更为重要的是,还将大大拓宽数学哲学研究的视野,从而为数学哲学的发展开辟更为广阔的前景。 正文
首先我们来回顾布和老师课上讲得第一个方面，即数学的发展。 古代数学最重要的两个分支就是古希腊和古代中国。古希腊文明是人类古代文明中的一个皇冠，而数学则是这皇冠上最大的那一颗钻石，向世人展示了希腊人的精神——好奇多思，渴求知识。其哲学与数学的发展则达到了那一时期的顶峰。公元480年以后鸭店称为希腊的文化，政治中心，各种学术思想开始在雅典争奇斗艳，古希腊数学家更是层出不穷，艾丽娅学派的芝若提出了四个著名的悖论（二分说，追龟说，飞箭静止说，运动场说）迫使哲学家和数学家开始思考极限的问题。 我依稀记得我接触最早的，也是使我对数学产生兴趣并选修这门课的原因，就是因为追龟说——阿基里斯永远跑不过乌龟，和飞箭静止说。下面我将详述这两个事列，阐述数学问题中极限对人类文化精神上带来的冲击与思考。 1.1追龟说 阿基里斯是古希腊神话中善跑的英雄。在他和乌龟的竞赛中，他速度为乌龟十倍，乌龟在前面100米跑，他在后面追，但他不可能追上乌龟。因为在竞赛中，追者首先必须到达被追者的出发点，当阿基里斯追到100米时，乌龟已经又向前爬了10米，于是，一个新的起点产生了；阿基里斯必须继续追，而当他追到乌龟爬的这10米时，乌龟又已经向前爬了1米，阿基里斯只能再追向那个1米。就这样，乌龟会制造出无穷个起点，它总能在起点与自己之间制造出一个距离，不管这个距离有多小，但只要乌龟不停地奋力向前爬，阿基里斯就永远也追不上乌龟，“乌龟” 动得最慢的物体不会被动得最快的物体追上。由于追赶者首先应该达到被追者出发之点，此时被追者已经往前走了一段距离。因此被追者总是在追赶者前面。 我们看看这个故事的历史背景。当时柏拉图描述，芝诺说这样的悖论，是兴之所至的小玩笑。首先，巴门尼德编出这个悖论，用来嘲笑"数学派"所代表的毕达哥拉斯的" 1-0.999...>0"思想。然后，他又用这个悖论，嘲笑他的学生芝诺的"1-0.999 0 但1-0.999...>0"思想。最后，芝诺用这个悖论，反过来嘲笑巴门尼德的"1-0.999 0 或1-0.999...>0"思想。有人解释道：若慢跑者在快跑者前一段，则快跑者永远赶不上慢跑者，因为追赶者必须首先跑到被追者的出发点，而当他到达被追者的出发点，慢跑者又向前了一段，又有新的出发点在等着它，有无限个这样的出发点。芝诺当然知道阿基里斯能够捉住海龟，跑步者肯定也能跑到终点。类似阿基里斯追上海龟之类的追赶问题，我们可以用无穷数列的求和，或者简单建立起一个方程组就能算出所需要
“数学文化”校本课程纲要 一、课程背景： 数学可以帮助人们更好地探求客观世界的规律，并对现代社会中大量纷繁复杂的信息作出恰当的选择与判断，同时为人们交流信息提供了一种有效、简捷的手段。数学是博大精深、丰富多彩的，数学决不是简单的加减乘除。数学是空间，是图形，是语言，是游戏，是故事，是问题，是发现和发明，是科学，是历史，是一座艺术的宫殿，更是一把金钥匙,让学生们用这把金钥匙去打开人生旅途上每一扇通向成功的大门。“数学文化”校本课程从一年级起开设，六年逐步滚动，通过六年的学习，初步了解数学发展史，了解中外数学家的故事，了解具有里程碑作用的数学成果及重大事件，掌握一些简单的数学思想、数学游戏，感受数学好玩、数学有用、数学是美的。学会用数学的眼光去看这个世界，用数学的头脑去解决身边的问题，从而养成品德，健全人格。 二、课程目标： 1、了解数学的发展史，知道一些重大的数学事件。 2、熟悉一些数学家的故事，会讲数学家的故事，感悟数学家的人格魅力。 3、通过数学游戏、数学活动感受数学与生活的联系，掌握一些简单的数学思想方法， 解决实际问题。 4、渗透数学与其他学科的联系。 5、培养学生对数学的兴趣，激发学生对数学的热爱。 三、课程内容： 1、来源：（1）网上下载；（2）选自教材（3）自编 2、课程内容包括：数学故事、数学游戏、数学史上的重大事件、数学谜语、简单的数学思 想方法、数学与生活、数学与美等。 3、性质：（1）预设性；（2）生成性。 四、一年级课程安排
1、以学生自评为主； 2、注重学习过程的评价，如学生在各种活动中的积极性、参与度。 3、联系学生的内化情况，如能用数学的眼光看待事物，能用数学的方法解决生活问题。
“数学文化”课
1.0 关于“数学文化”课 【摘记】 ★数学是人类社会进步的产物，也是推动社会发展的动力之一。 数学与人类文明、与人类文化有着密切的关系。 ★2002年，在北京国际数学家大会期间，陈省身先生为“中国少年数学论坛”活动题词“数学好玩”，鼓励青少年喜爱数学、学好数学。 ★数学，具有超越具体科学和普遍适用的特征，具有公共基础的地位。 ★“数学文化”一词的内涵，简单说，是指数学的思想、精神、方法、观点，以及他们的形成和发展；广泛些说，除上述内涵以外，还包含数学家、数学史、数学美、数学教育、数学发展中的人文成分、数学与社会的联系、数学与各种文化的关系，等等。 ★“数学文化”课的宗旨是提高学生的数学素养。 ★不管从事什么工作，从数学课程学习中获得的数学素养，数学的思维方法和看问题的着眼点等，倒会随时随地发生作用，使人们在实践中终生受益。 ★一个人不识字可以生活，但是若不识数，就很难生活了。 ★一个国家科学的进步，可以用它消耗的数学来度量。 ★数学不仅是一种重要的“工具”或“方法”，也是一种思维模式，即“数学方式的理性思维”；数学不仅是一门科学，也是一种文化，即“数学文化”；数学不仅是一些知识，也是一种素质，即“数学素质”。 ★“数学素养”的通俗说法是“把所学的数学知识都排除或忘掉后，剩下的东西”。例如，从数学角度看问题的出发点；有条理的思维，严密的思考、求证；
简洁、清晰、准确的表达；在解决问题时、总结工作时，逻辑推理的意识和能力；对所从事的工作，合理的量化、简化，周到的运筹帷幄。 ★“数学素养”包含五点：一是主动寻求并善于抓住数学问题的背景和本质的素养；二是熟练地用准确、简明、规范的数学语言表达自己的数学思想的素养；三是具有良好的科学态度和创新精神，合理的提出新思想、新概念、新方法的素养；四是对各种问题以“数学方式”的理性思维，从多种角度探寻解决问题的方法的素养；五是善于对现实世界中的现象和过程进行合理的简化和量化，建立数学模型的素养。 ★“数学文化课”虽然要以知识为载体，却并不以传授数学理论知识为主要目的，而是以教授数学思想为主，以提升学生的数学素养为主。 ★“数学文化课”是从数学问题、数学典故、数学观点等角度切入，并以他们为线索来组织材料，进行教学。 ★在“数学文化课”中可能得到的收获有：了解数学的历史，拓宽对数学认识，引起对数学的兴趣，感悟数学的思想，提高数学素养，学会以数学方式的理性思维观察世界的方法。 1.1数学是什么？ 【摘记】 ★恩格斯说：数学是研究现实世界中的数量关系与空间形式的一门学科。 ★美国数学家柯朗说：数学，作为人类智慧的一种表达形式，反映生动活泼的意念，深入细致的思考，以及完美和谐的愿望，它的基础是逻辑和直觉，分析和推理，共性和个性。
学院：理学院 专业：应用化学 姓名：徐永忠 学号：2012310200101 现实中黄金分割的体现与应用 徐永忠 摘要：黄金分割，也称黄金律、中外比。它起源于古希腊的毕达哥拉斯学派。指事物各部分间一定的数学比例关系，即将整体一分为二，较大部分与较小部分之比等于整体与较大部分之比，其比值为1∶0.618或1.618∶1，即长段为全段的0.618。0.618被公认为最具有审美意义的比例数字。上述比例是最能引起人的美感的比例，因此被称为黄金分割。现实中黄金分割的事物无处不在，黄金分割的应用也是层出不穷。 关键词:黄金分割、现实、体现与应用。 一、黄金分割的概念 黄金分割的概念在著名学者欧几里得的著作《几何原本》中作了较详细介绍和解释： “将一线段分成两段，其中短的一段与较长一段之比，等于较长一段与整个线段之比。”他的比值约为0.618，也就是我们所称的黄金数。下面来详细证明： 如图1-1所示，设线段AB 的分点为C ，较长部分是AC ，较短部分是CB ，依题意设， AC AB =CB AC ,AC=χ CB=1-χ 1χ=1 1-χ 解出251+= χ或2 5 1-=χ<0(舍去) 此时 618.12 51≈+=AC AB 这里用倒数表示： 618.021 51 52≈-=+=AB AC A B C 图1-1
所以C点约在AB长度的0.618的位置上。 希腊数学家把这个几何问题里的点C叫作黄金分割点，比值0.618叫作黄金分割数。这就是黄金分割。 二、现实中黄金分割体现 1、人体的黄金分割 一般人在人体肚脐上下的长度比值为0.618:1或者相近，这是人体上下结构的最优数字。此外人体还有很多黄金分割点，如上肢的肘关节，下肢的膝关节，肚脐以上部分的分割点为咽喉。如果一个人各部分的结构比都满足黄金律，便是最标准的体型。除此之外人体的其他部位也存在着许多的黄金分割。 2、动植物的黄金分割 (1)植物的黄金分割 植物叶子，千姿百态，生机盎然，给大自然带来了美丽的绿色世界．尽管叶子形态随种而异，但它在茎上的排列顺序（称为叶序），是极有规律的，不是杂乱无章的。你从植物茎的顶端向下看，经细心观察，发现上下层中相邻的两片叶子之间约成137.5°角．如果每层叶子只画一片来代表，第一层和第二层的相邻两叶之间的角度差约是137.5°，以后二到三层，三到四层，四到五层……两叶之间都成这个角度．植物学家经过计算表明：这个角度对叶子的采光、通风都是最佳的．叶子的排布，多么精巧！ 叶子间的137.5°角中，我们知道，一周是360°， 360°-137.5°=222.5° 137.5°∶222.5°≈0.618． 叶子的精巧而神奇的排布中，竟然隐藏着0.618，准确符合数学中的“黄金分割律”。 梨树也是如此，它的叶片排列是沿对数螺旋上升，这也保证了叶与叶之间不会重合，下面的叶片正好在从上面叶片间漏下阳光的空隙地方，这是采光面积最大的排列方式。可见，沿对数螺旋按圆的黄金分割盘旋而生，是叶片排列的最优良选择。 同样在一片叶子中也有黄金分割的现象存在。主叶脉与叶柄和主叶脉的长度之和比约为0.618。另外，植物的茎及叶柄的横切面，果实和叶脉结构等也不是随意生就的. （2）动物的黄金分割