经典数学故事----高斯的故事
高斯有许多有趣的故事,故事的第一手资料常来自高斯本人,因为他在晚年时总喜欢谈他小时後的事,我们也许会怀疑故事的真实性,但许多人都证实了他所谈的故事。
高斯的父亲作泥瓦厂的工头,每星期六他总是要发薪水给工人。在高斯三岁夏天时,有一次当他正要发薪水的时候,小高斯站了起来说:「爸爸,你弄错了。」然後他说了另外一个数目。原来三岁的小高斯趴在地板上,一直暗地里跟着他爸爸计算该给谁多少工钱。重算的结果证明小高斯是对的,这把站在那里的大人都吓的目瞪口呆.
高斯常常带笑说,他在学讲话之前就已经学会计算了,还常说他问了大人字母如何发音後,就自己学着读起书来。
七岁时高斯进了 St. Catherine小学。大约在十岁时,老师在算数课上出了一道难题:「把 1到 100的整数写下来,然後把它们加起来!」每当有考试时他们有如下的习惯:第一个做完的就把石板﹝当时通行,写字用﹞面朝下地放在老师的桌子上,第二个做完的就把石板摆在第一张石板上,就这样一个一个落起来。这个难题当然难不倒学过算数级数的人,但这些孩子才刚开始学算数呢!老师心想他可以休息一下了。但他错了,因为还不到几秒钟,高斯已经把石板放在讲桌上了,同时说道:「答案在这儿!」其他的学生把数字一个个加起来,额头都出了汗水,但高斯却静静坐着,对老师投来的,轻蔑的、怀疑的眼光毫不在意。
教学故事考完後,老师一张张地检查着石板。大部分都做错了,学生就吃了一顿鞭打。最後,高斯的石板被翻了过来,只见上面只有一个数字:5050(用不着说,这是正确的答案。)老师吃了一惊,高斯就解释他如何到答案:1+100=101,2+99=101,3+98=101,……,49+52=101,50+51=101,一共有50对和为101的数目,所以答案是50×101=5050。由此可见高斯到了算术级数的对称性,然後就像求得一般算术级数合的过程一样,把数目一对对地凑在一起。
经典数学故事----“无理数”的由来
公元前500年,古希腊毕达哥拉斯(Pythagoras)学派的弟子希勃索斯(Hippasus)发现了一个惊人的事实,一个正方形的对角线与其一边的长度是不可公度的(若正方形边长是1,则对角线的长不是一个有理数)这一不可公度性与毕氏学派“万物皆为数”(指有理数)的哲理大相径庭。这一发现使该学派领导人惶恐、恼怒,认为这将动摇他们在学术界的统治地位。希勃索斯因此被囚禁,受到百般折磨,最后竞遭到沉舟身亡的惩处。
不可通约的本质是什么?长期以来众说纷坛,得不到正确的解释,两个不可通约的比值也一直被认为是不可理喻的数。15世纪意大利著名画家达.芬奇称之为“无理的数”,17世纪德国天文学家开普勒称之为“不可名状”的数。
然而,真理毕竟是淹没不了的,毕氏学派抹杀真理才是“无理”。人们为了纪念希勃索斯这位为真理而献
身的可敬学者,就把不可通约的量取名为“无理数”——这便是“无理数”的由来.
同时它导致了第一次数学危机。
经典数学故事----最后的时刻
1512年,一法国兵攻入了意大利博利斯镇。镇上的人都逃空了,只在一堵墙的后面发现了一个十来岁的少年。于是发生了类似电影里鬼子进村的一幕:“你跟这儿藏着干吗呢?”法国军官问。
少年低着头,不说话。
“说!”
“自己看去,”少年偏了一下头,眼睛里有嘲笑的光芒。军官看过去,发现墙根有一片湿。他勃然大怒,一脚踢过去:
“真他妈的野蛮民族!”他把刀抽出来了,“镇上的大人都藏到哪儿去了?”“。”少年说。
“你说什么?”军官简直不敢相信自己的耳朵。
“我是说,们法国兵的母亲。”少年咬文嚼字地解释。军官一刀劈了下去。
这个顽强的少年就是数学家尼可罗·方台纳(NICCOLOFONTANA,1499-1557)。那天他之所以能活下来完全是因为一条狗。法国人在他的脸上砍了一刀,血流了一地。那条狗偶然走过来,在他的脸上舔了一阵子。狗的吐沫有杀菌的功能,因此伤口没感染。但是伤好之后,他脸上落了个可怕的大疤,连话也说不清楚了。可这没准也就是为什么他能成为数学家。他不怎么说话,老想。
命中注定,方台纳将在二十多年后受到一次严重的挑战。1535年,刚过了年没多久,意大利出了一件不大不小的新闻,数学家费奥(AntonioFior,1506-?)挑战数学家方台纳。
那时方台纳已经成了数学教授了,在意大利很有名气。虽然16世纪的名气也就是会开个方,会做点几何应用题什么的,可你必须知道那个时候在意大利当教授不轻松。老有人跟你犯葛,也就是挑战。怎么挑战呢?出难题。谁都能出。保不准谁哪天高兴了,就能给你出一道刁钻古怪的。你解出来当然好,解不出来,对你的名声可就有影响了。幸亏有一点还公平,谁要给你出题,你也可以给他出,你解不出不要紧,只要对方也解不出,丢脸就是共同的。因为有了这么一条,平常无理取闹的也还不太多。可这次非同小可,挑战的对方是费奥!他的老师费罗(ScipioneDelFerro,1465-1526)很厉害!虽然他死了,可他的学生必然也是很了得的。但是方台纳这个人有进无退,他接受了挑战。题目一共三十道,限一个月之内,出下面式子里的X各得几:
X3+5X=6
X3+2X=19
X3+7X=48
……
你从这些方程里能看出什么吗?不错,所有三十道,都是:某数乘X的三次方+另一个数乘X=第三个数。简单点说,就是X3+MX=N,其中M,N都是已知整数。这在数学上叫做三次方程的一种特殊类型的“一般形式”。
这三十道题,你能解一道是没用的,你得会解这个“一般形式”,或者能出一个“一般解法”,也叫“算法”。问题是,方台纳并不知道这个一般解法。翻遍了所有的数学手册也没到。一气之下,他也给费奥出了三十道特别不近人情的。然后,他便埋头推导起来。他的桌子上很快堆起了大量画得乱七八糟的纸和只咬了几口的皮萨。时间一天天过去,桌子简直成了个垃圾堆积,推导却毫无进展。那么费奥的桌子又怎么样呢?他的桌子十分干净。不是因为他爱清洁,而是因为他根本就没去做方台纳出的那三十道题。没事他就绕到方台纳他们家附近去侦察一下,每当他看到方家灯火通明,他就忍不住想乐。要知道他这次出题的原因,还得谈到他的老师。七年前那一天,老师派人把他叫到病床边,拉着他的手,说:孩子,你都二十二岁了。我平常看你不怎么做作业,净到外边玩。我死了,你怎么办呢?费奥到了这个关头也说不出话来了。老师叹了口气,从枕头底下拿出一张纸,说:我也帮不了你什么忙了,师徒一场,
我把这个给你吧。记住,不到万不得已的时候,千万别拿出来用。这张纸上,就写着上面那道方程的一般解法。费奥把老师的话记了六年,到了第七年,他给忘了。别的数学家都挺有成绩的,他觉得自己什么都没做出来,老这么呆着太没面子了。于是他决定把他的秘密武器拿出来,而且,出手的进攻目标是很有名气的方台纳。如果跟方台纳打成平手,他的行情自然会涨上去。他毫不怀疑这个结果,所以对方台纳的题他看也不看。二月十四号,比划的结果出台了。完全出乎费罗的预料,方台纳解出了所有三十道题,而且公布了一般解法。而他自己连一道题也没解出来。对方台纳教授来说,这是一个辉煌的时刻,他的大疤放着光,跟垂头丧气的费奥亲切握手,然后转过身,对着鼓掌的人大声宣布:可怜的费奥,按照比赛规则,他输给我三十顿盛宴,我不要了!观众的掌声顿时又响了起来。
今天在任何数学手册上都可以到X^3+MX=N的解法,可只有方台纳自己才知道,他曾付出过怎样辛勤的努力。他的解法是最后一天的深夜,比赛的最后一刻才出来的。
在这最后的时刻,他对困难的回答跟对法国军官的解释一样:富于勇气,而且井井有条。
经典数学故事----没有捷径可以走
古希腊的阿基米德不仅是一个卓越的科学家,而且是一个很好的老师,他生前培养过许多学生,在这些学生中有一个特别的人物,他是希腊国王多禄米。
闲着没事的多禄米,有一天忽然心血来潮想学一点儿什么东西。当时,阿基米德已是一位十分著名的科学家了。多禄米想了一想,决定把阿基米德请来,拜他为师,学习一点几何知识。
接到国王召见,阿基米德不敢怠慢,急忙来到了皇宫。这里金碧辉煌,气势典雅。白玉大理石铺成的透明地板,水晶珍珠般的吊灯,雕龙刻虎的巨大粱柱,把整座
宫殿装扮得格外豪华、漂亮。阿基米德一边欣赏着宫殿中的装饰,心中一边想,这些宏伟的建筑中不知凝结了多少科学家和劳动人民的智慧和心血,尤其是那些精巧、别致的设计,无不反映出建造者们在数学、特别是几何学方面很学的造诣。
从此以后,阿基米德就当上了国王的私有数学教师。刚开始上几何课时,国王挺认真,似乎下了决心要学好这门课。可是,时间一长,多禄米的兴趣就逐渐往下落了,尽管阿基米德讲授的几何学内容都很浅显,但对于不爱学习的国王而言,一堂课的时间简直比一年还长,他日益显出不耐烦的情绪。
对国王情绪的变化,阿基米德看到眼里,记在心中。他仍然一如既往的认真讲课。他细心而又耐心的向多禄米讲解着各种几何的图形、原理以及计算方法。可是多禄米对眼前出现的一个个三角形、正方形、菱形的图案毫无兴趣,有点昏昏欲睡了。阿基米德来到多禄米的身边,用手推推他。这位国王勉强睁开惺松的睡眼,没等阿基米德说话,他反而先问:“请问,到底有没有比你的方法简捷一些的学习几何学的方法和途径?用你这种方法实在太难学了。”
听了国王的问题,阿基米德思考着,冷静地回答道:“陛下,乡下有两种道路,一条是供老百姓走的乡村小道,一条是供皇家贵族走的宽阔的坦途,请问陛下走的是哪一条道路呢?”
"当然是皇家的坦途呀!”多禄米回答得十分干脆,但又感到茫然不解。
阿基米德继续说:“不错,您当然是走皇家的坦途,但那是因为您是国王的缘故。可现在,您是一名学生。要知道,在几何学里,无论是国王还是百姓,也无论是老师还是学生,大家只能走同一条路。因为,走向学问是没有什么皇家大道的。”国王多禄米眨巴着眼睛,似懂非懂地思考了一下,总算理解了阿基米德这番话的含意,于是重新打起精神,听阿基米德继续讲课。
这个故事提示了一个趔:追求科学知识没有捷径可走,科学知识对任何人都是一视同仁的。
正如伟大的革命导师马克思所说:“在科学的道路上,是没有平坦的大路可走的,只有在那崎岖小路上攀登的不畏劳苦的人们,才有希望到达光辉的顶点。”