例说数学的奇异之美

当我们在数学的城堡中行走的时候,你体验到的也许是逻辑结构的产生,问题解决方法的获得,思想方法的进步,那你除了这些,有没有特别的感受呢?数学有一种美是隐秘的,它悄无声息地散发美的芳香,有种神秘奇异的味道。你想没想过数学神秘而奇异的一面?它又会给我们的路程指引什么方向呢?英国数学家和哲学家罗素曾说过:“数学,如果正确地看它,则具有至高无上的美――正像雕刻的美,这种美不是投合我们天性的微弱的方面,这种美没有绘画或音乐的那些华丽的装饰,它可以纯净到崇高的地步,能够达到严格的只有最伟大的艺术才能显示的那种完美的境地。一种真实的喜悦的精神,一种精神上的亢奋,一种觉得高于人的意识――这些是至善至美的标准,能够在诗里得到,也能够在数学里得到。”数学的奇异之处不仅仅是表面的感观,而且是要用思维来体会的。高中数学课程标准强调,“让学生具有一定的数学视野,逐步认识数学的科学价值、应用价值,形成批判性的思维习惯,崇尚数学的理性精神,体会数学的美学意义,从而进一步树立辩证唯物主义和历史唯物主义世界观”。也就是说数学已经成为一种文化,而理解和感受这种文化非常必要,同学们有这样的体会吗?如果还没有,那就让我们来领略数学奇异的风采吧!

案例欣赏――解决问题

看到杨辉三角,同学们有什么感觉吗?是不是隐约的感到它会有什么规律呢?

(1)这些数排列的形状像等腰三角形,两腰上的数都是1,它的两条斜边都是由数字1组成的,而其余的数则是等于它肩上的两个数之和,

(2)从右往左斜着看,第一列是1,1,1,1,1,1;第二列是1,2,3,4,5;第三列是1,3,6,10;第四列是1,4,10;……可以发现第一列前N项和恰好是第二列的通项公式。以下如此类推……

(3)这行数是第几行,就是第二个数加一。

看罢,我们不得不叹服它的神奇吧?也就是这一特点吸引了无数人对它的痴迷,瞧,它的魅力无限吧!

勾股定理问题

一谈到勾股定理,同学们一定不陌生,但是它却蕴含着绝对的奇异之美,你了解吗?最值得称道和引以为傲的是,我国赵爽对于勾股定理的证明,他用“勾股圆方***”,即用面积的出入相补法,其实就是我们现在所说的割补法证明了勾股定理。(如***2)

它是以一个直角三角形的勾和股为边的两个正方形的合并***形,面积是a?+b?。如果将合并的两个三角形移补到***中的位置,将会得到以原直角三角形的弦为边的正方

同学们有没有发现,把第二个数列乘以2,但两个不同的数列,最终的结果竟然是完全一样的!之所以这样是因为它们是无穷数列!我们不禁感叹,数学的无穷数列之奇特!如果我们把这个无穷的数列截项,改变成有穷的数列,则没有我们所看到的两个数列相等的现象了。这就是无穷的魅力!

同学们,你们有没有发现呢?我们所学的数学,是不是思维如艺术般巧妙,隐匿的规律能给人以无尽的回味?

完全数

古希腊的数学家毕达哥拉斯,创立了毕达哥拉斯学派,他们发现了完全数的存在,从而揭开了完全数神秘的面纱。他们发现,6是一个非常“完善”的数,与它的因数之间有一种奇妙的联系。6的因数共有4个:1,2,3,6,除了6自身这个因数以外,其他的3个都是它的真因数,而把6的所有真因数都加起来,正好等于6这个自然数本身!28也是一个完全数,它的真因数有1,2,4,7,14,而1+2+4+7+14正好等于28。若一个自然数,它所有的真因子(即除了自身以外的约数)的和恰好等于它本身,这种数就叫做完全数。完全数有许多奇特的性质:

1、它们都能写成连续自然数之和。

如:6=1+2+3:

28=1+2+3+4+5+6+7:

496=1+2+3+……+30+31:

2、它们的全部因数的倒数之和都是2。

本来是一系列不相关的数字,但是却因为数学的特殊的性质而联系在一起,从而变幻出不同的看似凑巧的规律来。从这一发现,同学们有没有体验到数学的变幻莫测呢?有没有体验到数字彼此之间的千丝万缕的联系呢?

几何代数化

自从毕达哥拉斯学派遇到了数学的第一次危机,古希腊人对几何进行了深入的研究,那时人们忽略回避代数,偏向研究几何,两极分化严重。此时笛卡尔另辟蹊径,主张“采取几何学中一切最好的东西,互相取长补短。”他在平面内引进坐标,借助坐标在平面上的点和有序实数对建立一一对应,将代数方程与一条平面曲线对应,从而让极端化为和谐。同学们想想,原本不相关的两个方向。因为一个独特方法的引入,化迟滞不前为共同发展,面对这样奇妙的构想,伟大的创造,我们是不是也有所感悟,感受到数学的奥妙无穷,感受到数学家的聪明智慧,感受到人类创造的力量!

安全启示――理解问题

同学们,经历一次美感体验,能激发我们学习数学的兴趣,激发我们创造的欲望,它一方面打破了原有数学理论的统一性,另一方面为更高层次上建立的新数学理论奠定了基础。数学原有的习惯和统一格局被新思想、新理论、新方法所突破,带给人们出乎意料,超乎想像的新颖和奇特的结果。即旧观念瞬时的崩溃坍塌,换来人却是认识的深化和思维的重大发展。

欣赏杨辉三角的完美展现,我们可以领悟到数列的精髓,有助于我们理解数列的有关内容,比如数列的递推方法,数列的通项公式的推导,前项后项的关系等等。数列固有的规律性突破了我们原有的思维模式,开拓了更为广阔的视野,这样对于我们学习的数列知识,起到了良好的催化作用。

欣赏勾股定理的独特证明方法,可以给我们留出思考空间,我们可以试着重新演绎这一推导过程。通过查阅资料来对这一定理的多种证明方法进行总结归纳。也可以写文献综述,在这一系列活动过程中,我们不仅思维有所拓展,而且把不同的方法进行分析比较,体会到不同的数学思想方法。案例2,不仅能让我们领略到它的思维独特,而且它所渗透的数形结合的数学思想更让我们受益匪浅。比如,我们初中学的数轴,它把点与数的对应关系揭示出来,是学习相反数,绝对值,负数的重要工具,它能帮助我们直观的理解。数形结合在高中数学学习中也贯穿始终,比如,学习集合要用维恩***:学习函数的奇偶性,要看它的***像是否关于原点或坐标轴的对称:学习函数的单调性,就看它的***像升降和拐点:学习函数的周期性,则看它的***像是否规律性的重复或重叠。一个数形结合,顷刻可以化复杂为简单,化腐朽为神奇。

欣赏无限数列的美妙,能让我们更能理解极限思想,这对于理解教材是一个深化,对于实际中的学习问题也有很大的影响。比如。我们已学习的圆的面积公式的推导中,就可以采用“变曲为直”、“化圆为方”极限分割思路。即把一个圆分割为完全相同的小扇形,份数越来越多,不断地分下去,最后能拼成长方形。“份数越来越多”到“一直分下去”的过程就是无限的思想。拼成长方形则是一个极限的思想;在学习无限不循环小数时。我们可以用有理数逼近来表示无理数,这体现了无限逼近的思想。有限中认识无限,而无限却不等同于极限,对于这一点,我们要认真体会。

欣赏完全数的奇妙组合,能让我们深刻体会数学所蕴含的美,激发我们对于数学的探索热情和学习的兴趣。我们可以更多地去了解发现它的毕达哥拉斯学派。该学派盛行于古希腊。他们有独特的审美观。他们认为圆和球最美,黄金分割最美,认为数是和谐的。他们从数学与声音来研究音乐,发现乐器的琴弦在一定张力作用下。频率与弦长是成反比的。他们对数学有着浓郁的兴趣。这种精神也可以感染到我们。

欣赏笛卡尔的神奇创造。让我们理解了一分耕耘一分收获,努力定会成功的数学精神,让我们理解了数学的相互联系,相互作用的特点,让我们理解了求变求新的品质的珍贵所在。笛卡尔除了开创解析几何,一生作出了多方面的贡献,他在1634年写的《宇宙学》,包含当时被教会视为“异端”的观点:他提出地球自转和宇宙无限;他提的漩涡说是当时最权威的太阳起源理论:他还提出了光的本性是粒子流的假说,并认为在广袤无垠的太空中存在着极其精细的以太。直到二三百年以后,笛卡尔的这些观点仍具有很高的研究价值。我们对这些伟大的数学家不只要心存崇拜他们的精神,而且要学习付诸于行动。

在这一古老而神奇的数学城堡里,不懂得审美的人对它敬而生畏,懂得审美的人对它心醉神迷;不懂得审美的人在崎岖的巷道中迷失煎熬,懂得审美的人在倾心体验中受教。一切如沐春风,潇洒自如。城堡里拥有类比美,不变美,相似美,简洁美等等许多需要我们去探索和发掘的独特气质。所以,我们要行动起来,来陶冶我们的情感,丰富我们的内心,善于发现数学的美,感受数学的美,让我们的数学梦想不再枯燥无味,而是变得色彩斑斓!

你还等什么呢?行动吧!

(作者单位:江西师范大学课程与教学研究所)

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