01
数学之难
“我家孩子每天学习到12点,太辛苦了,看得我心疼!”
“我的数学不好,我孩子这一点上完全继承了我……”
“数学学到初中会算数就好了……”
“我家孩子不细心,马虎大意,还是做题少!”
……
作为一名数学教师,时不时地会与家长们交流,听到的负面信息比较多,也许“别人家的孩子”才是父母心中的理想下一代吧!
正如网络上的一句话,“逼急了我什么都做得出来,除了数学……”
没有哪个学科会像数学给人的恐惧感来得强烈,平均每五个人中会有1个惧怕数学!
我也曾经问过学生:“你们发现了数学中的美和乐趣了吗?”
得到的答案是:“美?你在逗我们吧!乐趣倒有一点……”
看来,如果您是位小学或初中的数学教师,不要着急要学生们认知到数学的美,而先让其深入数学,发掘学习数学的乐趣。
我们当前的数学教育多数情况下是在既定的定理下完成题目的证明,重复重复再重复,直到学生们掌握了这个题型为止,我想,这绝对不是数学教学的本意……
如果您有这方面的困扰,那么就看看这本书《思考的乐趣》。
作者简介:顾森,北京大学中文系毕业,数学爱好者。
2005年起书写各类数学文章超过千篇,从事中学数学教育工作多年。
02:
几何篇——众人寻他千百度,蓦然回首,那人却在灯火阑珊处
如果您是初中数学老师,一定听到过学生们诉说:“老师,这个题我就是没有想到辅助线怎么做……”
几何给人的感觉如同万花筒,光彩迷人,有时会深陷其漩涡之中。
几何没有捷径,需要具备敏锐的观察力与想象能力,当然还有奇思妙想的大脑。
小试牛刀
如图所示,ABCD是长方形,DEFG是正方形,已知DE=4,CD=5,求BC的长.
注意:这是一道小学范围内的题目(不能用相似、勾股定理等求解)
乍看起来,此题无论如何不能用小学知识解答的,当我们连接CG之后,一切都迎刃而解了……
我们发现三角形CDG的面积既是长方形ABCD面积的一半,也是正方形DEFG面积的一半,这样,就可以得到算式:BC×CD=DE×DE,
代入得到:BC=3.2.
类似的题目有很多,如下图所示,阴影部分是正方形,求其边长?
同样的,这道题目也是小学级别的,不能用相似来求解。
稍微将脑洞放大,就可以得到下面的图形,
很明显我们得到正方形面积等于红色长方形的面积,即36,正方形的边长为6.
不要小看这小小的平移及等积转化,它还可以解决高中知识呢!
四边形是平行四边形,其中一顶点位于坐标原点,该四边形的面积为:|ad-bc|.
我们看一下平移及等积转化的过程:
奇思妙想
求证:当n为奇数时,正n边形从某一顶点出发的(n-3)条对角线将其分成(n-2)个三角形,那么有且只有一个三角形是锐角三角形.
这是n=5、7、9时的情形(各画了一种分割方法)
从图中可以看出问题的正确性,可是要怎么证明呢?
这就需要用到:如果一个三角形是锐角三角形,当且仅当其外心在其内部。
这就一目了然了,无论哪一种分发,正n变形中心必是所有三角形的外心,而这个外心必在某个三角形内部,这个三角形即为锐角三角形。
拍案叫绝
在一个单位正方形内,有两个互不重合的小正方形,求证:这两个正方形的面积之和不可能大于1。
这个定理的证明需要用到一个定理,在一个直角三角形内部作正方形时,正方形顶点在直角顶点时面积最大。
由于两个正方形是相离的,则一定能找到一条线段MN将两正方形分开,与对角线AC交于一点P,分别过P作正方形各边的垂线。
则正方形AEPG是三角形AOM内部最大正方形,即上方正方形面积不大于正方形AEPG面积,边长不大于AE;同理下方正方形的边长不大于CF,这样,两个正方形边长的和不大于1。
令人叹为观止的皮克定理
在由边长是单位1的正方形组成的图形中,如果一个三角形顶点都在格点上,其面积怎么求解?
利用割补法很容易就求出三角形的面积为:5.
奥地利数学家皮克发现:不仅是三角形,任意多边形,只有每个顶点都在单位正方形的网格的“格点”上,它的面积为:I+B/2-1。这就是皮克定理。
其中,I是多边形内部所含的格点数;B是多边形边界上的格点数。
比如上面的图形中,I=4,B=4,三角形的面积等于4+4/2-1=5.
上面两个图形哪个面积大?通过计算发现,面积都等于0+16/2-1=7.
在一个点阵中,画一条经过所有点恰好一次的回路,得到多边形的面积一定是相同的。
03:
数篇——畅游数字海洋
数学倒过来念就是学数。可见,数对于数学来说是至关重要的,有一门数论学科是专门研究数的,比如我们所熟知的毕达哥拉斯定理、角谷猜想、亲和数猜想等等。
数论的表现形式很简单,但证明过程有时候会很难。比如陈景润在证明“1+1=2”一个分支问题时就写了几百页之多……
这本书中提出了几个有趣的问题以飨读者。
0和1的天下
2的5倍是10,3的37倍是111,4的25倍是100,……是否对于任意正整数n,都能找到一个n的倍数,它全是由数字0和1构成?
答案是肯定的。
考虑数列1、11、111、1111、……由于任意一个正整数除以n,余数只有n种可能,因此数列的前n+1项中一定有2项除以n后的余数相同,这两项的差即满足条件。
疯狂的数字
证明:存在任意长的连续自然数序列,使得序列中的每一个数都是合数。
任取一个正整数n>1,n!+2是2的倍数,n!+3是3的倍数……n!+n是n的倍数,所以,序列n!+2、n!+3、…n!+n是一个含有n-1项合数的序列。
由于n可以取到任意大,此序列有任意长。
崩溃的答案
证明或推翻:a^3+b^4=c^5没有正整数解。
令很多学生崩溃的是,此题的答案只有寥寥一句话!
答案:因为2^24+2^24=2^25,
所以(2^8)^3+(2^6)^4=(2^5)^5。
04:
生活中的数学——体验折纸的快乐
我们知道,尺规作图不是万能的,比如倍立方体。(即将立方体体积扩大为原来的2倍)
书中提到了一个非常有意义的事情,就是折出2的立方根,解决尺规作图不能完成的任务。
第一步将正方形三等分;第二步将A、B的落点分别在三等分折痕处,对边上;这样B’就将边界分成了2^(1/3):1的两部分。
利用相似与勾股定理即可求得其结果的正确性。
05:
挑战思维的广度——数无界,思维无界
我们知道实数有无穷多个,可它的证明却历经了很多年,由康托尔用一种很简单的方法证明出来。
在区间(0,1)之间的实数集是不可数的,康托尔用了反证法来证明了这一论点。
将集合(0,1)内的所有实数按某种顺序排列为:a1、a2、a3……,这里的每个数都是0点几几几……的无限小数,也可以是有限小数后面添加无限个0,
比如:
a1=0.21231457……
a2=0.32144547……
a3=0.10000000……
a4=0.32554781……
a5=0.12220000……
a6=0.91231457……
……
下面我们构造一个新数,它也属于(0,1)区间,但不在这张表中。
这个数小数点后第一位不同于a1的第一位,第二位不同于a2的第二位……
那么这个实数将区别于上面那个列表中任意一个数,因此,我们不可能将所有0到1之间的实数一个也不少地排成一列。
人的思维无限……
写在最后,用作者自己的话来表述这本书的意义:
如果你是刚刚体会到数学之美的初中生,这本书会带你进入一个课本之外的数学花园;
如果你是奋战在技术行业前线的工程师、教师,这本书或许能不断给你带来新的灵感;
如果你并不那么喜欢数学,这本书或许会逐渐改变你的看法……
顾森——《思考的乐趣》
趣味性:★★★★★
可读性:小学生 ★★
中学生 ★★★★★
大学生 ★★★★★
教师(家长)★★★★★
这是小编看过的为数不多的好看的国产初等数学科普作品,而且很有“良心”,如果你是位中学生或教师或家长,这本书值得一读,无论年少男女老幼!