数学中的抽象美
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“数学之美”的内容
以下是关于“数学之美”内容的描述:
1.数学的对称之美。
在数学中存在着各种形式的对称性,这种对称性可以体现在数学对象
的结构、性质和关系中。
数学中的对称美具体体现为:数学的几何对称美、数学的代数对称美和数学的组合对称美。
这些对称之美不仅有助于我们解决问题,还能够揭示数学对象之间的联系和结构。
2.数学的简洁之美。
数学的简洁之美来源于其简洁而优雅的表达方式、精炼的推理和符号
表示。
数学的简洁美不仅使得数学理论更加易于理解和应用,也给人一种审美上的享受。
如数学中的公式和方程往往以简洁明了的形式来表达复杂的数学关系;数学中的定理和证明也往往具有简洁而优雅的特点。
3.数学的抽象之美。
数学的抽象之美源于其超越具体对象和情境的能力,以及抽象化的思
维和符号系统。
如数学中的概念和理论往往能够超越特定的对象和情境,通过引入符号和符号系统,将复杂的数学概念和关系抽象化,使得数学思维更加灵活和高效。
数学的抽象之美常常会启发人们对世界的深入思考,推动人类创造力的发展。
数学美在哪里?数学知识的审美教育主要是通过教学使学生感受数学知识的内在美,诸如数字美、符号美、构图美等,培养和提高学生的审美能力,培养学生对数学知识美的热爱,通过学生的"内化",逐步迁移为对数学知识的热爱和追求,从而激发学生对数学的学习兴趣,开发学生的智力,从而达到育人的目的。
小学数学课程中隐含着丰富的美育因素,我们要充分发掘数学教材中的美育因素,让孩子感受到数学的美,进而喜欢数学。
数学教材中隐含的美育因素主要包括以下几个方面:(一)、数学的简洁与抽象美:数学的简洁美,并不是指数学内容本身简单,而是指数学的表达形式、数学的证明方法和数学的理论体系的结构简洁。
公式C=2πR就是其中一例。
几何中完美的图形——圆,内含的周长与半径有着异常简洁和谐的关系,一个传奇的数"π"把它们紧紧相连。
又如,数“1”,小至一个原子、粒子;大至一个太阳、一个宇宙……宇宙万物,均可以用“1”来表示。
几何形体的各种求面积、体积公式,简洁实用,万无一失,只要符合有关条件,计算不出错误,就可以得到正确的结果。
细心的人还可以找到他们之间的内在联系。
再如,许多简便的解法,也是数学简洁美的体现。
简单举例:计算1—+—+—+—+—+—+—+—+—。
面对这个计算题,若贸然用一般的通分的方法来解决,会带来繁杂的计算。
当仔细审视这题的特点,发现每一项的分数的分子皆是1,而分母可分别分拆成两个相连的自然数之积,即1×2,2×3,3×4,4×5,5×6,6×7,7×8,8×9,9×10,于是,立即使我们联想到,把每个分数都分拆成两个分数之差。
这样一来,尽管计算过程中分数的项数增加了一倍,但出现正负相间的两个相同的分数,中间的项对消了,只剩下首末两项,从而很快获得结果,即这一简洁的解法,给人以美的享受。
(二)、数字和符号美。
数学中体现出的各种“美”在哪儿当你倘佯在音乐的殿堂,聆听优美动听的乐曲时,你会体会到音乐带给你的“美”的享受;当你漫步在文学的天地,欣赏着那“惊天地,泣鬼神”的绝妙语句,一定能够领悟文学带给你的的“美”,美的事物,总是为人们乐意醉心追求的。
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.数学中同样存在着能够启迪智慧,陶冶情操的“美”。
数学的美,质朴,深沉,令人赏心悦目;数学的妙,鬼斧神工,令人拍案叫绝!数学的趣,醇浓如酒,令人神魂颠倒。
一、对称美所谓对称性,既指组成某一事物或对象的两个部分的对等性,从古希腊的时代起,对称性就被认为是数学美的一个基本内容。
毕达哥拉斯就曾说过:“一切平面图形中最美的是圆,在一切立体图形中最美的是球形。
”这正是基于这两种形体在各个方向上都是对称的。
二、和谐美万物都是和谐统一的,现代也提倡建立社会主义和谐社会,可知,和谐的重要性。
数学中也包含着和谐美。
最著名的和谐美的例子就是黄金分割比了。
黄金分割又称黄金律,是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。
有趣的是,这个数字在自然界和人们生活中到处可见:人们的肚脐是人体总长的黄金分割点,人的膝盖是肚脐到脚跟的黄金分割点。
大多数门窗的宽长之比也是0.618。
黄金分割被认为是建筑和艺术中最理想的比例。
建筑师们对数字0.618特别偏爱,无论是古埃及金字塔,还是巴黎圣母院,或者是近世纪的法国埃菲尔铁塔,都有与0.618有关的数据。
还有,在古希腊神庙的设计中就用到了黄金分割。
人们还发现,一些名画、雕塑、摄影作品的主题,大多在画面的0.618处。
艺术家们认为弦乐器的琴马放在琴弦的0.618处,能使琴声更加柔和甜美。
数学之美展示数学的优雅和美妙之处数学,这门看似冷冰冰的学科却蕴含着无穷的美妙和优雅。
它是人类智慧的结晶,展示着人类思维的精密和推演的力量。
本文将展示数学之美,探索其优雅和奇妙之处。
一、数学的基础美学——几何学几何学是数学中最古老的分支之一,它研究形状、大小、相对位置以及空间中物体的性质。
几何学中包含了许多美妙的概念和定理。
比如,欧几里得几何中的平行公设,通过这一公设,我们可以推导出一系列美妙的结论,如平行线截干线的比例定理、相似三角形定理等。
这些定理通过简洁而优雅的方式展示了几何学的美妙之处。
其次,我们可以通过对几何学中的一些特殊曲线的研究,来展示数学的优雅之美。
例如,圆是最简单的曲线之一,它具有许多奇妙的性质。
圆周率就是其中之一,它是一个无理数,无限不循环的小数。
而圆周率的计算一直是数学家们努力追求的目标,尽管我们至今没有找到一个确定的计算方法,但这也是数学之美的一部分。
二、数学的抽象美学——代数学代数学是数学的另一个重要分支,它研究数和符号之间的关系。
代数学中的符号运算和方程求解等概念,展示了数学的抽象和深邃之美。
一方面,代数学可以用来解决实际的问题。
例如,线性方程组求解在实际生活中有着广泛的应用,它可以描述很多自然界和社会科学中的现象。
通过代数学的工具和方法,我们可以解决这些方程组,从而得到问题的解答,这无疑是数学之美的一种展示。
另一方面,代数学中的抽象概念和结构也展示了数学的优雅之美。
例如,矩阵是代数学中的一种重要工具,它可以用来表示线性变换以及解决线性方程组。
矩阵的运算规则和性质,展示了代数学中的一些基本定律和美妙的结论。
三、数学的应用美学——概率与统计学概率与统计学是数学的应用领域,它研究随机现象的发生规律以及对实际数据的分析和解释。
概率学中的概率分布和统计学中的统计量等概念,展示了数学在实际问题中的运用。
例如,正态分布是概率学中最重要的分布之一,它在自然界和社会科学中的应用非常广泛。
论抽象在数学美中的功能与价值抽象在数学美中的功能与价值-----近些年来,抽象数学的发展催生了一种新的数学思维,这种思维被称为“抽象数学”,它不仅广泛应用于科学研究,而且也在把握数学美的过程中发挥了重要作用。
本文将从抽象数学在数学美中的功能和价值角度出发,探讨抽象数学在数学美中的地位。
一、抽象数学在数学美中的功能抽象数学是一种新兴的数学思维,它以形式化的方法来描述和分析数学中的概念和定理。
它不仅广泛应用于科学研究,而且也在把握数学美的过程中发挥了重要的作用。
首先,抽象数学有助于更深入地理解数学定理和公式。
抽象数学把数学概念从抽象化的角度出发,如定义、公理、定理、定律等,这样可以把一个复杂的数学问题简化为一个简单的概念,使我们能够更深入地理解数学定理和公式。
其次,抽象数学有助于更好地发现数学的潜在规律。
抽象数学的概念可以把一个问题抽象成一系列的概念,当我们把这些概念连接起来,就可以发现数学的潜在规律,从而解决问题。
最后,抽象数学有助于更好地发掘数学美。
抽象数学为我们提供了一种以形式化方式表达数学概念和定理的方法,这种方法使我们可以以更深层次的思维来理解数学,从而发现数学美。
二、抽象数学在数学美中的价值抽象数学不仅可以帮助我们更深入地理解数学定理和公式,更好地发现数学的潜在规律,还可以帮助我们更好地发掘数学美。
首先,抽象数学可以帮助我们更好地把握数学的精髓。
抽象数学能够把一个复杂的数学问题简化为一个简单的概念,从而使我们可以更好地把握数学的精髓,从而更好地理解数学。
其次,抽象数学可以帮助我们发现数学的更多美。
抽象数学可以帮助我们以更深入的思维方式理解数学,从而发现数学的更多美,从而更好地把握数学美。
最后,抽象数学可以提高数学技能。
抽象数学的概念可以帮助我们建立一种更加系统的思维方式,从而能够更好地把握数学的规律,从而提高数学技能。
总结从上文可以看出,抽象数学在数学美中发挥了重要作用,包括帮助我们更深入地理解数学定理和公式,更好地发现数学的潜在规律,更好地发掘数学美,以及提高数学技能等。
数学中美的欣赏摘要:数学美,是一种科学美,它有着丰富多采的美的因素,许多数学图形、数学表达式给人以美的享受。
数学方法美如同数学图形、公式一样,之所以给人以美的享受,是因为数学方法美中存在着其固有的美因。
而黄金分割无论是在理论上,,还是实际生活中都有着极其广泛而又非常简单的应用,对后来形式美学与实验美学产生了巨大影响,从而在历史上产生了巨大的影响。
本文结合实例,论述数学方法美的美因有简洁性、对称性、抽象性、谐调性、新颖性等,欣赏数学的美, 提高人们的数学素质,从而创造更美的数学解题方法。
关键词:数学方法数学方法美黄金分割1、简洁美简洁美是指各种数学事实都具有简单明了的表述,它是数学事实统一的简化形式的外在表现。
与数学概念、数学定理等相比, 数学方法的简洁美更多地表现在运用数学方法的过程和结果的简洁形式等方面,同时用以表述这种方法的语言也是简洁的、精炼的。
例 1 试证素数有无穷多个。
证:假设P1、P2、…Pn是仅有的有限个素数,n∈N,作自然数g=1+ P1P2…Pn则g也是素数,(否则,必有Pi Ⅰ1即Pi=1矛盾)从而素数个数多于n个与假设矛盾,故,素数有无穷多个。
对于论证与“无穷多”有关的这样一个复杂的命题, 能用如此简洁的方法证明, 不能不令人赞叹不已!这种思想方法如同维纳期塑像一样具有丰富的内在美。
例2某六位数首位是2,乘以3得到的新数恰是把2移至末位,其余数码不变的六位数,求这个六位数。
解设这个六位数是200000+x,则3﹙200000+x﹚=10x+2则x=85714,所求的六位数是285714。
例1证法体现了局部构造及思路的简洁美,例2体现了整体结构的简洁美。
公理法则体现其构建知识系统的简洁美。
如近代数学家皮亚诺仅用“自然数”、“后继”、“1”三个基本概念和五个基本命题,便刻划出整个算术统,体现出自然数结构的有序和完美,更体现出公理化方法的简洁美。
2、对称美“美和对称紧密相连”, 许多重要的数学方法总是成对偶状出现, 表现出数学方法整体结构的对称美。
数学之美欣赏数学中的美学元素数学之美:欣赏数学中的美学元素数学作为一门学科,常常被认为是一种枯燥、抽象的学科,令人生厌。
然而,如果我们从另一个角度审视数学,就会发现其中蕴藏着源源不断的美学元素,值得我们欣赏和探索。
本文将会探讨数学中的美学元素,并通过几个具体的例子来展示数学的美丽之处。
一、对称美学对称是一种在日常生活中常见的美学现象,而在数学中,对称更是被广泛应用,并成为构建数学美学的基石之一。
以几何图形为例,我们熟知的正方形、圆形等形状都具有对称性,这种对称性使得图形更加完美、美观。
此外,对称还延伸到数学公式和方程中,例如二次函数的图像具有轴对称性,这种对称美学不仅使得我们能够更好地理解和处理数学问题,也令人体会到数学的优雅与和谐。
二、黄金分割的美妙黄金分割(Golden Ratio)是一种数学比例,也被称为神秘的比例。
其特点是将一条线段分割为两段,使得整条线段与较短部分之比等于较短部分与较长部分之比。
黄金分割在艺术、建筑、音乐等领域中被广泛运用,它的美学价值得到了普遍认可。
一个著名的例子是著名画家达·芬奇的《蒙娜丽莎》,画中人物的头部正好满足黄金分割的要求,这使得画面更加和谐、美观。
数学中的黄金分割让我们深刻感受到数学在艺术中的力量和美感。
三、无穷之美数学中的无穷是一种抽象的概念,但却是美学的重要体现之一。
无穷的概念无处不在,例如无穷的数列、无穷的平面、无穷的小数等等。
无穷让我们能够超越有限,去探索更大更广的世界。
例如,哥德巴赫猜想(Goldbach Conjecture)就是一个关于素数的无穷之美的例子,它声称每个大于2的偶数都可以表示成两个素数之和。
虽然至今未能得到证明,但这个猜想展示了无穷中的无限可能和美妙。
四、几何之美几何是数学中最具美学感的分支之一。
几何学研究的对象涵盖了点、线、面、体等形体,这些形体之间的关系和性质展示了几何学的美感。
例如,欧几里德几何中著名的毕达哥拉斯定理,它描述了直角三角形中三条边的关系,被誉为数学中最美丽的定理之一。
探析数学中的美【摘要】数学是一门充满美感的学科,它与艺术有着密切联系。
在数学中,几何美展现了形状和空间的和谐与美感,对称美体现了对称性的完美和平衡,数列美则体现了规律和序列的美感。
公式美则是数学中的精华所在,表达了数学规律的简洁和优美。
而图形美则是数学中的视觉享受,呈现出各种优美的形状和结构。
数学美的丰富性体现在它包含了多种形式的美感和表达方式,不仅仅是数字和符号的组合,更是一种深刻的思维方式和抽象的表达。
数学美的启发性在于它激发人们对于规律和美感的追求,引导我们探索未知和发现新的奇妙之处。
数学美的普遍性则在于它超越文化和语言的界限,是世界上共通的理性和美感的表达。
数学美既是一种观念,也是一种体验,它在我们生活中无处不在,给我们带来无限的思考和创造的可能。
【关键词】数学的美、数学与艺术的联系、数学中的几何美、数学中的对称美、数学中的数列美、数学中的公式美、数学中的图形美、数学美的丰富性、数学美的启发性、数学美的普遍性1. 引言1.1 数学的美在数学这门学科中,人们往往习惯将其视为一种抽象而又枯燥的学问,但其实数学中蕴含着许多美的元素。
数学的美不仅体现在它那优美的定理和精妙的证明过程中,更体现在数学与艺术之间的紧密联系中。
数学和艺术都追求着一种“美”的境界,二者相辅相成,相互交融,共同构建出了一幅丰富多彩的美丽画卷。
数学的美源自于它那严密的逻辑和优美的结构。
数学家们通过逻辑严密的推理和精确的符号表达,揭示了世界的奥秘,揭示了自然界中那些隐藏的规律和模式。
而这种逻辑的美、结构的美,正是数学所独有的。
数学中的美还可以在其抽象的概念和形式化的表达中找到,这种抽象美和形式美,使人们领略到数学之美与众不同的一面。
数学与艺术之间的联系也体现了数学的美。
数学的几何学、代数学等分支在艺术中有着广泛的应用,比如黄金分割比例在建筑、绘画中的运用,菲波那契数列在音乐、绘画中的表现等。
数学的美不仅体现在其抽象的定理和结论中,更表现在它与艺术的结合中。
数学之美抽象与逻辑的思维启示在数学领域,美妙的抽象思维和精确的逻辑推理相互交织,带给我们全新的思维启示。
数学之美正是在这种抽象与逻辑的思维方式中展现出来的。
本文将探讨数学之美对我们思维方式的启示,并通过具体案例来说明。
一、数学之美的抽象思维启示数学是一门通过抽象概念和符号来描述和推理现实世界的学科。
在数学中,数、代数、几何、函数等概念都是通过抽象化来进行研究的。
这种抽象思维方式给予了数学家们在解决问题时更广阔的空间。
抽象思维的启示之一是能够将复杂的问题简化为更基础的概念和结构。
通过把问题中的关键要素提取出来,数学家能够建立起相应的数学模型,从而更好地理解和解决问题。
例如,在求解实际问题时,我们可以将其抽象为数学方程或几何图形,从而更清晰地分析和推理。
抽象思维的过程能够帮助我们理顺思路,更有效地解决问题。
抽象思维的启示之二是培养我们对简约美的欣赏和追求。
数学中,简约性是一项重要的准则。
数学家们通过不断追求简单和优雅的表达方式,深化和拓展了我们的数学理解。
因此,数学之美激发了我们对简洁、清晰思维的追求,使我们在解决各种问题时能够更加高效和有效。
二、数学之美的逻辑思维启示在数学中,严密的逻辑推理是基础和核心。
数学家们通过严密的逻辑思维和精确的推理来保证理论的正确性和可靠性。
这种逻辑思维方式也给我们的思维带来了一些重要的启示。
逻辑思维的启示之一是鼓励我们思考清晰、缜密。
正是数学中逻辑的要求,培养了数学家严谨的思考方式,使他们能够全面而系统地思考问题。
在日常生活和工作中,我们也可以借鉴数学家严密的思考方式,以更清晰的思路来分析和解决问题。
逻辑思维的启示之二是注重证明和推理的重要性。
在数学中,证明和推理是获取真理的重要手段。
数学家们通过推导和证明来确保他们的结论是可信的。
这也启示着我们在解决问题时,需要用逻辑思维来验证和证明我们的观点。
通过逻辑推理,我们能够更加客观地评估事物,提高决策的准确性和可靠性。
三、数学之美的思维启示案例下面,我们通过一些具体案例来进一步说明数学之美对我们思维方式的启示。
数学之美观后感摘要:1.引言:阐述数学之美的重要性2.数学美的表现形式:抽象美、逻辑美、和谐美等3.数学在日常生活中的应用:科技、艺术、社会等领域的实例4.数学家及其成就:介绍杰出数学家及其对数学美的贡献5.数学教育的意义:强调培养数学美感的重要性6.结尾:总结数学之美对个人和社会的启示正文:随着科学技术的飞速发展,数学在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。
数学之美,不仅体现在其抽象、严谨、和谐的特性上,还体现在其广泛的应用领域。
通过欣赏数学之美,我们能更好地理解数学的价值和意义。
数学美的第一种表现形式是抽象美。
数学家们运用符号和公式,将现实世界中的复杂问题简化为抽象的数学模型。
这种抽象美不仅让人感叹数学的神奇魅力,还使我们能够更好地理解世界的本质。
逻辑美是数学美的另一种表现。
数学推理严谨、逻辑清晰,每一个定理和证明都经得起反复推敲。
这种逻辑美体现了数学的严密性和客观性,为科学研究提供了坚实的基础。
此外,数学的和谐美也令人赞叹。
数学家们通过研究数学公式和结构,发现大自然和社会现象中隐藏的规律。
这种和谐美使我们感受到数学在自然界和人类社会中的普遍存在,揭示了世界的奥秘。
数学在日常生活中的应用无处不在。
从科技领域的计算机算法、人工智能,到艺术领域的音乐、绘画;从社会领域的经济、金融,到生活领域的购物、旅行,数学在各个方面都发挥着关键作用。
正是这些应用实例,让我们深刻体会到了数学美的价值。
在数学家中,诸如华罗庚、陈省身、丘吉尔等杰出代表,他们为数学美做出了巨大贡献。
他们研究出的成果不仅丰富了数学的内涵,还激发了更多人去探索数学的奥秘。
数学教育在我国得到了高度重视。
从基础教育到高等教育,数学教育都在培养学生的逻辑思维、创新能力和数学美感。
通过学习数学,我们能更好地认识数学美,培养出更多具备数学美感的人才。
总之,数学之美不仅体现在其抽象、逻辑、和谐等特性上,还体现在其广泛的应用领域。
作为一名现代人,我们应该学会欣赏数学之美,发掘数学在现实世界中的价值。
数学的美学欣赏数学之美数学的美学欣赏数学是一门充满美学魅力的学科,它以其深邃的逻辑、优雅的推理和无尽的可能性,吸引着人们的注意。
数学之美体现在它的形式、结构和应用上,让我们一起来欣赏数学的美学之旅。
1. 数学符号的美学数学是通过符号和符号间的关系来表达的,而这些符号本身有着自己独特的美学韵味。
比如,数学中的字母有着各种不同的形状和大小,它们用来表达不同的变量和对象。
有时候,在一串复杂的符号中,我们会发现一种美丽的对称或者和谐感。
数学符号的组合和排列,透露出一种简洁而优雅的美感,就像一副抽象的艺术作品。
2. 数学的结构之美数学不仅仅是一些杂乱的概念和公式的集合,它还有内在的结构之美。
数学中存在着一些基本的结构,比如序列、集合、函数等等。
这些结构具有一定的规则和性质,它们之间相互联系,形成一个统一而完整的数学世界。
在这个世界中,数学家们用各种方法和技巧去探索和创造新的数学结构,这些结构的美感在于它们的对称性、平衡性和内在的逻辑关系。
3. 数学的证明之美在数学中,证明是一种最为重要且独特的表达方式。
数学家们通过推理和论证,用严密的逻辑展示出一个个定理的真理和有效性。
证明过程的美感在于它的逻辑严密性和推理的连贯性。
当我们看到一个精妙的证明时,我们会为数学家们所展现出的聪明才智和创造力而赞叹不已。
4. 数学的应用之美数学的美学不仅体现在其抽象的概念和结构中,还体现在其丰富的应用中。
数学在自然科学、工程学、经济学等领域中有着广泛的应用。
通过数学模型和方程,我们能够揭示自然界和人类社会的规律和秩序。
比如,费马大定理的证明用到了高深的数学知识,而这个定理可以用来解释很多实际问题。
数学的应用之美在于它的实用性和对世界的深入理解。
总结起来,数学的美学欣赏需要我们从不同的角度来思考和感受。
它的美在于符号的优雅和深邃,结构的和谐和完整,证明的智慧和创造力,以及应用的实用性和深远影响。
无论是数学家还是非数学专业的人,都可以体验到数学的美学之旅,感受到其中的魅力和乐趣。
举例说明数学美的特征
人类从未停止对美的追求,从艺术到科学,从建筑到数学,美的存在可以渗透于各个领域,前人的智慧和创造力催生出五花八门的美的形式。
尤其是数学,它是知识的总汇,也是一种艺术,它拥有与众不同的美的特征。
首先,数学的美的特征是抽象性。
抽象、概念、定义、定理、证明、算法、公式等,这些用于表达数学思想的方式,不受空间和时间的限制,往往无法用具体图形来表现,只能通过一系列抽象概念来进行描述,它们本身就拥有一种独特的美感。
此外,数学的美的特征还体现在它的准确性和逻辑性上。
数学在其范畴论、代数学等领域里,拥有许多一致的定理和结论,这些结论是由一系列逻辑运算所得出的,它们在无数情况下得到的结果都是一致的,具有极高的准确性,数学逻辑性之美是其它学科无法比拟的。
此外,数学还有一种与众不同的美感,就是它的统一性。
数学本身是一门高度统一的学科,它拥有完善的理论体系,能将表面上不同的现象、学科、定理统一到数学的某一范畴,这种统一性之美,使数学的理论体系变得异常的完备,而且它的统一性也适用于不同的问题,为解决各种不同的实际问题提供了可能。
最后,数学的美的特征还体现在它的简单性上。
数学的精髓在于找出其中的规律,而且它在解决复杂问题时往往会将这些复杂问题简化为一个简单的数学模型,便于剖析深究,用一个容易理解的方式来描述一些复杂的事物。
总的来说,数学是一门拥有众多独特美的特征的学科,它的抽象性,准确性,逻辑性,统一性和简单性等特征,都使它成为一门具有极大魅力的学科。
古今中外,无数数学家为了探索数学的精粹,投入了大量的心血和劳动,他们的努力令人瞩目,也都为数学注入了无尽的美的元素。
数学的美与奥秘从一到无穷大的数学美学数学,这门看似枯燥的学科,却蕴含着无比的美与奥秘。
从一到无穷大,数学美学贯穿于整个数学的世界,让我们领略到数学的魅力与深邃。
一、数学中的对称美学对称在自然界和人类的艺术作品中都是一种普遍存在的美学。
数学中也不例外,对称应用于数学中的图形和方程,产生了一种精确而完美的美感。
比如,镜像对称、轴对称等都是数学中常见的对称形式。
例如,在几何学中,我们可以通过对图形进行镜像、旋转或平移等操作,来研究它们的对称性质。
这种对称美学不仅令人赏心悦目,更深入展示了数学的内在结构与规律。
二、数学中的黄金比例美学黄金比例是指一条线段分为两部分,较长部分与整体之比等于较短部分与较长部分之比。
这种比例被广泛运用于建筑、绘画等艺术领域中,也被广泛认为是最具美感的比例之一。
而这种美感实际上源于数学中的黄金比例,也就是数学中的斐波那契数列。
斐波那契数列是从1开始,后面的每一个数都等于前面两个数之和。
斐波那契数列具有惊人的特性,比如相邻两个数的比例会无限接近黄金比例0.618。
这种数学的美感犹如艺术作品中的完美构图,给人以无尽的想象空间和美好的感受。
三、数学中的无穷大美学数学中的无穷大是一种抽象的概念,但它却展现出了独特的美学之美。
无穷大既包括正无穷大,也包括负无穷大,在数学中起到了重要的作用。
在微积分中,无穷大可以用来描述函数的极限,表达函数在某些点的趋势。
无穷大常常和无穷小相互关联,构成微积分中的重要概念。
无穷大不仅仅是数学上的一个符号,更是数学世界中的探险家,带领我们走向未知的边界,发现数学中的奥秘。
数学的美与奥秘不仅仅限于以上三个方面,数学的世界广阔而深邃,每个领域都蕴含着精彩纷呈的美学。
数学的美学给人以享受和启迪,同时也激发了人们对于数学的探索和研究。
在日常生活中,我们可以用数学的眼光去观察周围的事物,去感受数学的美与奥秘。
透过数学的窗口,我们看到了世界的秩序和美丽。
总结起来,从一到无穷大的数学美学贯穿了整个数学的世界。
数学中的抽象美在绘画与教学中,美有客观标准。
画家讲究结构、线条、造型、肌理,而教学家则讲究真实、正确、新奇、普遍、……—哈尔莫斯数学家因为对发现的纯粹爱好和其对脑力劳动产品的美的欣赏,创造了抽象和理想化的真理。
—R.D.Carmicheal自然几乎不可能不对数学推理的美抱有偏爱。
—C.N.杨“数学是研究现实中数量关系和空间形式的科学”(恩格斯)。
数学虽不研究事物的质,但任一事物必有量和形,这样两种事物如有相同的量和形,便可用相同的数学方法,因而数学必然也必须抽象。
我们生活在受精确的数学定律制约的宇宙之中,而数学正是书写宇宙的文字(伽利略语)。
物理、化学、工程乃至许多科学技术领域中的基本原理,都是用数学语言表达的。
万有引力的思想,历史上早就有之,但只有当牛顿用精确的数学公式表达时,才成为科学中最重要、最著名的万有引力定律。
爱因斯坦的广义相对论的产生与表达,也得益于黎曼几何所提供的数学框架和手段。
在数学的创造性工作中,抽象分析是一种常用的重要方法,这是基于数学本身的特点——抽象性的。
数学中不少新的概念、新的学科、新的分支的产生,是通过“抽象分析”得到的。
当数学家的思想变得更抽象时,他会发现越来越难于用物理世界检验他的直觉。
为了证实直觉,就必须更详细地进行证明,更细心地下定义,以及为达到更高水平的精确性而进行的持续努力,这样做也使数学本身得以发展了。
数学的简洁性在很大的程度上是源自数学的抽象性,换句话说:数学概念正是从众多事物共同属性中抽象出来的。
而对日益扩展的数学知识总体进行简化、廓清和统一化时,抽象更是必不可少的。
如前所述,微积分的创始人牛顿和莱布尼兹分别从力学(研究物体的速度、加速度)和几何学(讨论曲线的切线)不同角度引入建立同一概念、创立同一学科——微分学;而他们又分别从“反运算”和“微分求和”不同角度建立另一门学科——积分学。
这也使微分、积分(微积分)成为一个不可分离的整体学科。
同一个拉普拉斯(Laplace)方程它既可用来表示稳定的热传导过程平衡态、溶质动态平衡、弹性薄膜的平衡,也可表示静态电磁场的位势、真空中的引力势、不可压流体的定常运动等等。
这个方程由于抽象性而成为普适(当然,方程自身的形式也是很美的,除了符号美外,它还具形式美:对称、整齐),这显然也是数学本身的一大特点。
抽象是数学的美感中的一个重要部分,还因为数学的抽象可以把人们置于脱开周围事物纷扰的“纯洁”的气氛中,尽管这种气氛有时距离具体经验太遥远。
波兰数学大师H.史坦因豪斯在其名著《数学一瞥》中,有这样一句挑战性的话:七十八位数2257-1=2315841784746323908471419700173758157065399693312811280789151 68015826259279871是合数,可以证明它有因子,尽管这些因子还不知道。
大师是运用了“抽屉原理”得出这个“非构造性”的结论(证明某些东西存在,尽管还没找到它),数学家正是依据数学抽象的特点,巧运新思才得出这个“未卜先知”的断言(这些因子在八十年代人们利用了电子计算机的帮助而找到了)。
这也是数学用抽象推理去判断以别于其他学科的标志之一。
“抽象”系指不能具体体验到的,这儿我们所谈的抽象有两种含义:(1)我们不容易想象(或意想不到)的;(2)我们无法体验到(或与现实较脱节)的。
对于前者,这也是用数学去“证明”某些难以理解的事实的最好工具;对于后者,说明数学本身具有的特征与魅力。
我们先来谈谈前者。
下图中有一个大的半圆,在其直径上又并列着三个小半圆,请问大的半圆周长与三个小半圆周长之和谁大?乍看上去,似难判断,具体一推算便十分清楚了:设大圆直径为d,三个小半圆直径分别为d1、d2、d3。
因d1+d2+d3=d,有π(d1+d2+d3)=πd,即πd1+πd2+πd3=πd,此即说大半圆周长为三个小半圆周长之和。
再如有一条很长很长的绳子,恰好可绕地球赤道一周。
如果把绳子再接长15米后,绕着赤道一周悬在空中(如果能做到的话),你能想象得出吗:在赤道的任何地方,一个身高2米39以下的人,都可从绳子下自由穿过!它的道理只须稍加计算便可明晓。
设地球半径为R,则绳子原长为2πR。
当绳子长为2πR+15时,绳子所围圆周的半径是:(2π+15)÷2π=R+15/(2π)=R+2.39(m)。
那么绳子可围成一个与地球相距(即绳子围成的圆圈半径与地球半径之差)2.39米的大圆圈。
这个事实单凭经验去想象,无论如何是想不通的:地球半径那么大,而绳子仅仅接长15米,绳子居然处处离地球2米以上。
然而严谨的数学计算告诉我们:这是千真万确的(可谁又能亲手去试验一下?)。
话还得讲回来,正因为数的抽象,人们难以体会,因而有时也须将它形象化之后,才能为人们接受。
比如提到原子,人们都会觉得它小,从数据上讲它的直径约为10-10m,这看上去很抽象,它到底有多小?如果作个比方:“一个原子与一滴水之比”,就如“一滴水与整个地球之比”一样,你就会觉得形象了。
有些数字看来也许并不起眼,然而它表示的数据之大几乎让人感到吃惊……一位联合国卸任的官员曾说过:1980年在纽约和日内瓦举行联合国会议期间,仅九月至十二月,共印刷二亿三千五百万页文件,而全年共印刷大约十八亿页文件。
如果把这些文件首尾粘起来,将长达二十七万公里。
照此速度印发文件,两年内文件总长可铺至月球。
多米诺骨牌是西方人喜欢玩、且列为竞技项目的游戏。
它是将一些骨牌立着排好,推倒第一张,其余的便会依次倒下。
据计算,一张多米诺骨牌倒下时能推倒下一张尺寸为其1.5倍(指长、宽、高三度)的骨牌。
这样,如果按照l∶1.5的尺寸作一套13张的骨牌,若最小者为9.53×4.76×1.19(mm3),则第13张尺寸为61×30.5×7.6(cm3),推倒第一张骨牌仅须0.024微焦耳的能量,而第13张骨牌倒下时却放出51焦耳的能量,即它被放大20多亿倍。
若按此比例,第32张多米诺骨牌将高达415米,它已是纽约帝国大厦高度的两倍,此时它倒下时,释放的能量已达1.24×1015焦耳!苍蝇是四害之一,然而它的繁殖速度却是惊人的。
苍蝇大约在每年四月中旬开始产卵,卵20天可成蝇,这样到每年九月一只苍蝇大约可繁殖七代。
如果一只苍蝇每次可产卵120个(若雌雄各半共60对),一年中一只苍蝇可繁殖:2×(60+602+603+…+606)=355923200000000只,这些苍蝇可排成大约25亿公里长,它等于地球到太阳距离的十八倍。
相传古印度人西塔发明了(国际)象棋而使当政的国王十分开心,便决定重赏西塔。
“我不要您的重赏,陛下。
”西塔接着说:“我只要您能在我的棋盘上赏些麦子:在第一格放一粒,第二格放2粒,第三格放4粒,以后每格放的麦粒都比它前面一格多一倍,我只求能放满64格就行。
”“区区小数。
几粒麦子,这有何难,来人……”国王命令道。
然而一动手放起来,国王便傻眼了:这些麦粒总数为1+2+23+…+263=264-1,它们的体积有12×1012立方米,若把它们堆成高4米,宽10米的“麦墙”,将有3×108公里长,这大约是全球两千年所产小麦的总和。
印度北部的圣城贝拿勒斯的一座神庙里,佛像前面放着一块黄铜板,板上插着三根宝石针,其中的一根自上而下放着从小到大的64片圆形金片(它在当地称为“梵塔”)。
按教规每天由值班僧侣把金片移到另一根宝石针上,每次只能移动一片,且小片必须放在大片上——当所有金片都移到另一根宝石针上时,所谓的“世界末日”便到了。
经计算发现,按照上面规定当把全部金片移到另一根宝石针上时,需移动264-1次。
倘若每秒移动一次,即使日夜不停地移动金片,仍大约要585亿年(每年按3155800秒计)。
按现代科学推测:太阳系寿命约200亿年——移完金片,地球乃至太阳系或许不复存在了!围棋在我国已有四千余年的历史,宋代科学家沈括在其所著《梦溪笔谈》中谈到,唐代高僧一行曾计算过围棋中不同布局的总局数:棋盘有横、竖直线各19条,它们的交点有361个(放子处),每点处由于可放白子、也可放黑子、还可空着不放子,这样每点处均有三种不同布局,因而围棋的所有可能布局方式为:3361≈10172(种)。
这些总布局既使让每秒可做10亿次运算的大型高速计算机去运作(姑且认为它每秒钟可完成10亿个布局),三台计算机每年可完成1017种布局,那么它们完成全部布局约须10155年,这个数比前面提到的太阳系寿命要大的多得多! 古语围棋中“千古无同局”是颇有道理的。
上面的这些例子,正是说明数的抽象,那些“貌不惊人”的数,竟会大得使人难以想象。
如此看来单凭直觉、单靠想象无论如何也难体会到这些数的“惊人”之处。
“两人生日问题”也是一个令人难以捉摸、难以凭空想象的例子。
四个苹果放到三个抽屉里,至少有一个抽屉里放着两个以上的苹果,这在数学上叫“抽屉原理”。
这个简单的事实在数学上却有着意想不到的用途。
367个人中间,肯定会有两个人的生日相同,因为一年至多有366天(闰年才如此)。
人的头发据估计约为15万根左右,那么在一个十五万人口的城市里,肯定至少有两人的头发根数一样,这当然也是须用抽屉原理去解释。
然而话又讲回来,真的让你找出头发一样多的两个人来,这绝非轻而易举的事。
前文我们曾提到过的一个并不显然的事实,也是用抽屉原理去解释的:全世界任找六个人当中,至少有三个人或者彼此都相识,或者彼此都不认识。
中国有十二种属相:鼠、牛、虎、兔、龙、蛇、马、羊、猴、鸡、狗、猪,这由某人生于何年(农历)而定。
运用抽屉原理可以断定:13个人中至少有两人属相一样,说来也许令人困惑:任意四个人中,有两人属相一样的可能约有一半,而一个6口之家,几乎可以“断定”他家会有两人属相一样,这种问题是数学的另一个分支概率论研究的对象了。
至于生日问题结论也更使人不解:23个人中有两人生日相同的可能约为一半,50个人中有两人生日相同的可能居然有97%。
下表中的数据是由“概率论”的公式精确计算出的:有人曾查阅资料发现:美国前36任总统中有两人生日一样,3人死在同一天(当然年份不同)。
这种“巧合”从概率角度去分析,似乎不值得大惊小怪了。
下面的事实听起来也许更“玄”了:你把信寄给你的朋友,让他再寄给他的熟人,然后再让这位熟人寄给他的朋友,……如此下去,在无预先约定的情况下,直到此信寄到你认识的人为止,这期间的联系人个数你一定会以为很大很大,其实不然,这个数约为5。
这些事也许使人想不通,但事实却正是如此,它们借助数学方法都可以严格去证明。
数学中的重要常数e、π本身是既具体又抽象的,如果说它们与数学的某些分支有联系,你只凭借“想象”是难以应付的。