“叮叮叮……请同学们抓紧时间起身,整理好内务,到指定地点集合,参加早锻炼!”沈曦彤一天的校园生活从“早锻炼集合”开始了,高中数学必修(一)第一章恰是《集合》,只是一动一静而已。
设高一(i)的同学构成集合Ai,高二(j)的同学构成集合Bj,高三(k)的同学构成集合Ck,高一、高二、高三同学构成的集合分别为A、B、C,则Ai?哿A,Ai∩Bj=?,该校全体同学构成全集U=A∪B∪C,A=■U(B∪C)。
早饭完毕,沈曦彤徜徉在乐群湖旁,阳光穿过树枝洒在湖面上,湖面波光粼粼,薄雾缭绕,宛如有一群身披白纱的妙龄少女在翩翩起舞。湖边几棵上了年纪的垂柳努力地伸开长满老茧的双手。秋风吹来,芦苇沙沙作响,芦花零星地洒落在水面上,随波荡漾。――怎一个“美”字作罢,怎一个“和”字了得!
数学是“美”的,也是“和”的。英国诗人、小说家托马斯・哈代在《一个数学家的辩白》中说:“美是首要标准,不美的数学在世界上是找不到永久地位的。”如在平面直角坐标系中,以原点(0,0)为圆心、以1为半径的圆(单位圆)的方程为x2+y2=1。这是一个简洁、匀称、美丽的方程符号语言。单位圆有其特殊的重要功能。犹如原子的核子,蕴藏着巨大的能量;恰似物质的细胞,孕育着无穷的活力!
1748年瑞士数学家欧拉建立了欧拉公式eix=x+isinx,如***1所示,这不仅建立了指数函数与三角函数的本质联系,还涵盖了所有的三角公式。如cos2x+sin2x=(cosx+isinx)(cosx-isinx)=eix・e-ix=e0=1,cos2x+isin2x=e2xi=(exi)2=(cosx+isinx)2=cos2x-sin2x+2isinxcosx,由此得到cos2x=cos2x-sin2x,sin2x=2sinxcosx,更重要的是,这个公式也在复数域内把所有三角函数都归结为指数函数,从而所有的初等函数都归结为指数函数及其反函数的加减乘除。例如sinZ=■,cosZ=■,Zn=enlnz。单位圆揭示了解析几何、三角函数、平面几何、初等函数、复变函数之间的深刻联系,体现了数学结构的一致性,欧拉公式也充分体现了数学的和谐与统一之美。
走着走着,沈曦彤转眼间来到教室,数学老师提出一个问题:“想不想在教室中找到一个最佳座位?”大家兴奋起来,同学们异口同声:“想!”只见老师很从容地走到黑板前,测量了黑板上下边缘离地面的高度,便走到“最佳座位”前面,带着很得意的表情。同学们将信将疑,兴趣倍增。“胃口”被调起来后,接下来老师揭开问题的数学本质:如***2,在y轴正半轴上有两定点A,B,试在x轴正半轴上求点C,使∠ACB最大。
“教室的灯管如果与讲台上的教鞭平行,则灯管所在的直线与讲台所在的平面平行,即‘直线与平面平行’的判定定理。如果平面外的一条直线与一个平面内的一条直线平行,那么这条直线就和这个平面平行。符号语言为:a?埭αb?奂αabaα,如***3。”
每天都与教室、黑板、讲台打交道,司空见惯,老师提出这样的问题,大家感到很熟悉,又很陌生,再加上老师闲适淡定的体态与神情,让大家感到阅生活就是读数学,读数学就是阅生活,生活中处处有数学。
下午的课间到咖吧来杯下午茶是一件很惬意的事。向浓度为■的一杯咖啡中,放入m克咖啡粉(其中a>b>0,m>0),显然咖啡更浓了,即不等式■>■成立。再如一个房间,采光效果=■,则窗户及地板面积同时增加m平方米,采光效果显然变好了,也是不等式■>■成立。这样一来,不等式■b>0,m>0)已不再是一个抽象枯燥的不等式,而是一杯香浓浓的咖啡,一间明亮宽敞的咖啡屋!
下午的校本课程沈曦彤选修的是陶艺,一块块泥巴抹上同学们多彩的想象,立刻变成一件件富有思想和情感的作品。在立体几何中有这样一个结论:表面积相同的球与正方体,球的体积更大。生活中为节省材料,又考虑到使用的方便,一般把茶杯制成接近球形(如高脚酒杯),而很少见到正方体的茶杯。问题反过来就是体积相等的球与正方体,球的表面积较小,冬天天气变冷,人们缩成一团,因为这样身体接近球形,这样可使表面积更小,以减少与冷空气的接触面,就是这个道理。
下午第八节课沈曦彤和同学们一起跑到蓝天下,跑到运动场上,尽情地享受着运动的快乐。夕阳给身边的云彩均匀地镶了一道金边。如同数学中这样一个问题:
记min{x1,x2}为x1,x2的较小者,若f(x)=2-x2,g(x)=x,求h(x)=min{f(x),g(x)}的最大值,如***4。
晚自修快要结束了,沈曦彤心里在犯嘀咕:“隔壁班的女孩怎么还没走过我窗前?”每天她们都会在约定的老地方见面,聊一会儿学习与生活,如同数列“裂项求和”一样,寻求相约派对的规律。
求Sn=■+■+…+■
n∈N*
解析:因为■=■,所以Sn=■+■+…+■=■[(■-1)+(■-■)+…+(■-■)]=■(■-1)这里裂项相消的规律是:■向后隔两项与-■相消,反之-■向前隔两项与■相消。即正数隔两项向后找,负数隔两项向前找,这样,前后剩余哪些项便一目了然。
晚上沈曦彤做了一个美梦,梦见自己坐在一片柳叶上面,在乐群湖上自由翱翔,驶向心中的象牙塔……■
(作者单位:江苏省锡山高级中学)