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第19章 数学教学的趣味知识推荐(15)

(2)说谎者悖论

“我正在说的这句话是慌话。”公元前四世纪的希腊数学家欧几里德提出的这个悖论,至今还在困扰着数学家和逻辑学家。这就是着名的说慌者悖论。类似的悖论最早是在公元前六世纪出现的,当时克里特岛哲学家爱皮梅尼特曾说过:“所有的克里特岛人都说慌。”在中国古代《墨经》中,也有一句十分相似的话:“以言为尽悖,悖,说在其言。”意思是:以为所有的话都是错的,这是错的,因为这本身就是一句话。

说慌者悖论有多种变化形式,例如,在同一张纸上写出下列两句话:

下一句话是慌话。

上一句话是真话。

更有趣的是下面的对话。甲对乙说:“你下面要讲的是‘不’,对不对?请用‘是’或‘不’来回答!”

还有一个例子。有个虔诚的教徒,他在演说中口口声声说上帝是无所不能的,什么事都做得到。一位过路人问了一句话:“上帝能创造一块他自己也举不起来的石头吗?”

84.阿拉伯数字

在生活中,我们经常会用到0、1、2、3、4、5、6、7、8、9这些数字。那么你知道这些数字是谁发明的吗?

这些数字符号原来是古代印度人发明的,后来传到阿拉伯,又从阿拉伯传到欧洲,欧洲人误以为是阿拉伯人发明的,就把它们叫做“阿拉伯数字”,因为流传了许多年,人们叫得顺口,所以至今人们仍然将错就错,把这些古代印度人发明的数字符号叫做阿拉伯数字。

现在,阿拉伯数字已成了全世界通用的数字符号。

85.加减乘除的来历

加减乘除(+、-、×(?)、÷(∶))等数学符号是我们每一个人最熟悉的符号,因为不光在数学学习中离不开它们,几乎每天的日常的生活也离不开它们。别看它们这么简单,直到17世纪中叶才全部形成。

法国数学家许凯在1484年写成的《算术三篇》中,使用了一些编写符号,如用D表示加法,用M表示减法。这两个符号最早出现在德国数学家维德曼写的《商业速算法》中,他用“+”表示超过,用“─”表示不足。到1514年,荷兰的赫克首次用“+”表示加法,用“─”表示减法。1544年,德国数学家施蒂费尔在《整数算术》中正式用“+”和“─”表示加减,这两个符号逐渐被公认为真正的算术符号,广泛采用。

以符号“×”代表乘是英国数学家奥特雷德首创的。他于1631年出版的《数学之钥》中引入这种记法。据说是由加法符号+变动而来,因为乘法运算是从相同数的连加运算发展而来的。后来,莱布尼兹认为“×”容易与“X”相混淆,建议用“?”表示乘号,这样,“?”也得到了承认。

除法符号“÷”是英国的瓦里斯最初使用的,后来在英国得到了推广。除的本意是分,符号“÷”的中间的横线把上、下两部分分开,形象地表示了“分”。至此,四则运算符号齐备了,当时还远未达到被各国普遍采用的程度。

86.数学中的符号

我们知道,数学起源于结绳记数和土地测量。最初,并没有标准数学符号,符号是后来的实践中逐渐产生并进一步完善的。但是,数学符号一旦产生,就能简化数学研究工作,促进数学的发展。所以,学习数学,要从数学符号开始。阿拉伯数字1、2、3、…9、0就是最简单,常用的符号,也就是它们引起了数学上的一场革命。

数学家韦达第一个把符号引入数学,他用元音字母表示未知量,用辅音字母表示已知量(方程的正系数)。此前,所有的已知数都是用具体数字表达的,从而限制数学的应用范围。现在的符号体系是笛卡尔创立的。他提出,用英文字母中前面的字母a、b、c表示已知数,最后的字母x、y、z表示未知数。

符号的使用推动了数学本身的发展。符号一经形成,便成为表述概念,说明方法和叙述定理必不可少的工具。建立较好的符号系统,便于总结运算法则,揭示数量关系利于推理。一句话,符号是数学前进,发展,运用的工具。

数学符号一般有以下几种:

(1)数量符号:如,,,i,2+i,a,x,,自然对数底e,圆周率。

(2)运算符号:如加号(+),减号(-),乘号(×或?),除号(÷或/),两个集合的并集(∪),交集(∩),根号(),对数(log,lg,ln),比(∶),微分(d),积分(∫)等。

(3)关系符号:如“=”是等号,“≈”或“”是近似符号,“≠”是不等号,“>”是大于符号,“<”是小于符号,“”表示变量变化的趋势,“∽”是相似符号,“≌”是全等号,“∥”是平行符号,“⊥”是垂直符号,“∝”是正比例符号,“∈”是属于符号等。

(4)结合符号:如圆括号“()”方括号“[]”,花括号“{}”括线“-”B

(5)性质符号:如正号“+”,负号“-”,绝对值符号“‖”

(6)省略符号:如三角形(△),正弦(sin),X的函数(f(x)),极限(lim),因为(∵),所以(∴),总和(∑),连乘(∏),从N个元素中每次取出R个元素所有不同的组合数(C),幂(aM),阶乘(!)等。

数学符号的应用,是学习数学、研究数学的重要途径,愿同学们在数学中学好符号,用好符号。

87.时间和角度的单位

时间的单位是小时,角度的单位是度,从表面上看,它们完全没有关系。可是,为什么它们都分成分、秒等名称相同的小单位呢?为什么又都用六十进位制呢?

我们仔细研究一下,就知道这两种量是紧密联系着的。原来,古代人由于生产劳动的需要,要研究天文和历法,就牵涉到时间和角度了。譬如研究昼夜的变化,就要观察地球的自转,这里自转的角度和时间是紧密地联系在一起的。因为历法需要的精确度较高,时间的单位“小时”、角度的单位“度”都嫌太大,必须进一步研究它们的小数。时间和角度都要求它们的小数单位具有这样的性质:使1/2、1/3、1/4、1/5、1/6等都能成为它的整数倍。以1/60作为单位,就正好具有这个性质。譬如:1/2等于30个1/60,1/3等于20个1/60,1/4等于15个1/60。

数学上习惯把这个1/60的单位叫做“分”,用符号“′”来表示;把1分的1/60的单位叫做“秒”,用符号“″”来表示。时间和角度都用分、秒作小数单位。

这个小数的进位制在表示有些数字时很方便。例如常遇到的1/3,在十进位制里要变成无限小数,但在这种进位制中就是一个整数。

这种六十进位制(严格地说是六十退位制)的小数记数法,在天文历法方面已长久地为全世界的科学家们所习惯,所以也就一直沿用到今天。

88.米的诞生

在公元1790年之前世界各国的长度单位几乎各不相同,给不同国家的人们之间相互交流带来了很大的麻烦。这时,法国的一位科学家他雷兰提出了制定一个世界各国通用单位的建议。

法国的学者取得世界各国的同意,把地球子午线上从北极到赤道的长度的一千万分之一作为长度的单位,叫做1米。

当时的科学技术还很不发达。测量了整整七年,实际还只是仅仅测量了西班牙的巴赛罗纳和法国的敦刻尔克之间的距离。通过计算得到了最初的1米。

后来1960年的国际会议规定。一米为氪(K8)原子在真空中发射的橙色光波波长的1650763.73倍。

89.圆的历史

古代人最早是从太阳,从阴历十五的月亮得到圆的概念的,那么是什么人作出第一个圆的呢?

18000年前的山顶洞人用一种尖状的石器来钻孔,一面钻不透,再从另一面钻。石器的尖是圆心,它的宽度的一半就是半径,这样以同一个半径和圆心一圈圈地转就可以钻出一个圆的孔。

到了陶器时代,许多陶器都是圆的。圆的陶器是将泥土放在一个转盘上制成的。

6000年前,半坡人就已经会造圆形的房顶了。

古代人还发现圆的木头滚着走比较省劲。后来他们在搬运重物时,就把几段圆木垫在重物的下面滚着走,这样就比扛着走省劲得多。

大约在6000年前,美索不达米亚人,做出了世界上第一个轮子——圆的木轮。约在4000年前,人们将圆的木轮固定在木架上,这就成了最初的车子。

会作圆并且真正了解圆的性质,却是在2000多年前,是由我国的墨子给出圆的概念的:“一中同长也。”意思是说,圆有一个圆心,圆心到圆周的长都相等。这个定义比希腊数学家欧几里得给团下定义要早100年。

90.奇妙的圆形

圆形,是一个看来简单,实际上是很奇妙的圆形。

古代人最早是从太阳,从阴历十五的月亮得到圆的概念的。一万八千年前的山顶洞人曾经在兽牙、砾石和石珠上钻孔,那些孔有的就很圆。

以后到了陶器时代,许多陶器都是圆的。圆的陶器是将泥土放在一个转盘上制成的。

当人们开始纺线,又制出了圆形的石纺缍或陶纺缍。

古代人还发现圆的木头滚着走比较省劲。后来他们在搬运重物的时候,就把几段圆木垫在大树、大石头下面滚着走,这样当然比扛着走省劲得多。

大约在6000年前,美索不达米亚人,做出了世界上第一个轮子——圆的木盘。大约在4000多年前,人们将圆的木盘固定在木架下,这就成了最初的车子。

会作圆,但不一定就懂得圆的性质。古代埃及人就认为:圆,是神赐给人的神圣图形。一直到两千多年前我国的墨子(约公元前468-前376年)才给圆下了一个定义:“一中同长也”。意思是说:圆有一个圆心,圆心到圆周的长都相等。这个定义比希腊数学家欧几里得(约公元前330-前275年)给圆下定义要早100年。

圆周率,也就是圆周与直径的比值,是一个非常奇特的数。周髀算经》上说“径一周三”,把圆周率看成3,这只是一个近似值。美索不达来亚人在作第一个轮子的时候,也只知道圆周率是3。

魏晋时期的刘徽于公元263年给《九章算术》作注。他发现“径一周三”只是圆内接正六边形周长和直径的比值。他创立了割圆术,认为圆内接正多连形边数无限增加时,周长就越逼近圆周长。他算到圆内接正3072边形的圆周率,π=3927/1250。刘徽已经把极限的概念运用于解决实际的数学问题之中,这在世界数学史上也是一项重大的成就。

祖冲之(公元429-500年)在前人的计算基础上继续推算,求出圆周率在3.1415926与3.1415927之间,是世界上最早的七位小数精确值,他还用两个分数值来表示圆周率:22/7称为约率,355/113称为密率。

在欧洲,直到1000年后的十六世纪,德国人鄂图(公元1573年)和安托尼兹才得到这个数值。现在有了电子计算机,圆周率已经算到了小数点后一千万以上了。

91.天文与数学

有这么一张画,下面是一只小船,上面是三个太阳。这是什么意思呢?这表示,坐了三天船。太阳升落一次,就是一天,所以一天又叫一日。日,是人们认识时间的基础。向上,将日积累为月、年、世纪;向下,将日分为时、分、秒。为了记载日数,原始人曾经用刀在树上刻记号,过一天刻上一道。

我国古代很早就发展了畜牧业和农业,因此很重视历法,天文学非常发达。而天文学只有借助于数学才能发展,因此,很早就开始了数学的研究。我国最早的一部数学着作《周髀算经》,是两千多年前成书的。它既是一部数学着作,也是一部天文学着作。它总结了古代劳动人民天文学和数学的成就。

我国古代曾经用干支记日。十干就是:甲、乙、丙、丁、戍、已、庚、辛、壬、癸。十二支即:子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。将十干和十二支依次循环组合,就得甲子、乙丑、丙寅、丁卯……直到任戌、癸亥等六十个数(现在称六十甲子)。一个数代表一天,从甲子到癸亥,一共六十天,再从甲子开始,周而复始。例如公元前632年4月4日,爆发了着名的“城濮大战”,在《左传》上记载的是:“夏月己已。”

干支不仅可以记时和日,也可以用来记月和年。月,是从月亮来的。月亮,每晚有变化。不但月出月落时间上有变化,月亮形状也有变化;圆了又缺,缺了又圆。这是古代人观察得到的。从新月在天上出现,一天天过去了,月亮圆了又缺了,不见了,到下次新月又在天上出现,古代人根据刻的日子计算得到,一个月29天半。(现在知道:一个朔望月有29日12小时44分3秒,或29.53日)为了使一个月的日子是整数,以后又规定大月30天,小月29天。

《诗经》上说:“十月之交,朔日辛卯,日有食之,亦孔之丑。”根据我国天文学史家推算:公元前776年10月1日早上7-9点发生过日食,这天正是辛卯日。这里的“朔”字是我国第一次使用的,意思是整晚见不到月亮。

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