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編輯推薦: |
以数学美为主题,是让青少年了解数学、深入数学,领悟数学之美和趣味的科普性读物。
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內容簡介: |
本书是关于数学美学的一本比较全面的论著,作者将从事数学教育的经验和学习数学美的心得体会,总结于其中,取材广泛,兼顾普及性与学术性,图文并茂地全面展现数学美,及其在各个方面的表现形式,将数学美从感性认识提高到理性认识和理论高度,并论及数学美对于学校教育的密切关系和重要作用。
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關於作者: |
胡炳生,安徽师范大学数学计算机学院教授。
尚强,享受国务院特殊津贴专家、特级教师,曾任国家数学奥林匹克队教练,现任深圳科学高中校长一职。
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目錄:
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章 美之为美
一、什么是美? ............................................................... 002
二、“美”的基本要素 ......................................................... 004
三、美的层次—感性美和理性美 ................................................. 008
四、美的发现和欣赏 ........................................................... 011
五、美的教育意义 ............................................................. 015
第二章 数学美之为美
一、数学是真善美的完美体现 ................................................... 020
二、数学是形与数的高度统一 ................................................... 023
三、数学是运动的艺术 ......................................................... 027
四、数学是思维的体操、智慧的催化剂 ........................................... 031
五、数与算式之美 ............................................................. 041
六、几何图形之美及其应用 ..................................................... 053
第三章 数学大美至简
一、万物皆数 ................................................................. 065
二、万类归宗 ................................................................. 077
三、万物互联 ................................................................. 101
第四章 数学大美广用
一、大哉数学之为用 ........................................................... 108
二、勾股与测天 ............................................................... 109
三、干支组合与计时 ........................................................... 115
四、欧拉与七桥 ............................................................... 118
五、哈代与色盲遗传之困 ....................................................... 123
六、双马人口论数学解析 ....................................................... 128
七、商标设计中的数学 ......................................................... 133
八、运输方案的制定 ....................................................... 140
九、飞越北极的北京—纽约航线 ................................................. 144
第五章 数学大美之巧妙
一、从河图洛书到完美幻方 ..................................................... 150
二、从拣石子游戏探究怪题奇解 ................................................. 157
三、从兔子繁殖引出的优选数列 ................................................. 162
四、追求 π 精确史上的数学巧思 ............................................... 168
五、关于三角形界心的妙论 ..................................................... 179
六、简化,简化,再简化 ....................................................... 184
七、借形表数(式)有趣味 ..................................................... 189
八、由赌博问题引出的大学问 ................................................... 192
九、易拉罐中有数学 ........................................................... 195
十、电梯升降停靠站设计有学问 ................................................. 197
十一、蝴蝶定理的巧证和引申——蝴蝶定理趣谈 ................................... 202
十二、一题多解,奇思妙想 ..................................................... 207
十三、表上作业解决逻辑问题的诀窍 ............................................. 214
十四、序方,数字图阵新玩法 ................................................... 221
第六章 数学美对于创新型教育的意义
一、何谓创新型教育 ........................................................... 230
二、学校美育对于创新型教育的意义 ............................................. 240
三、数学美是学校美育的基础和重要的部分 ..................................... 248
后记 ......................................................................... 270
参考文献 ..................................................................... 273
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內容試閱:
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回味对数学美追寻的历程(前言)
◎尚 强
我和安徽师范大学的胡炳生老师合作编写的《漫话数学美》完成之际,胡老师谦让,要我写书的前言。我想了一下,写点什么好呢?正好前不久《南方教育时报》把我写的《回味》一文用两个整版发表出来。那既是我对少年时代艰难求学之路的回味,更是我对数学美追寻的回味。如果没有单墫老师、王忠汉老师、胡炳生老师等对我的帮助,就没有我的今天。如果不是数学之美叩击我的心灵、引发我的兴趣,如果不是我对数学美的入迷和追寻,我不会一路栉风沐雨、不畏坎坷,坚持走到今天,坚持从穷乡僻壤走到我国改革开放的前沿—深圳。于是我决定将这篇文章,放在这部书的前面,聊作前言。
历经风风雨雨、冷暖沉浮,还来不及仔细回味人生的酸甜苦辣,已经鬓染白霜、额留沧桑。曾经的我:酷爱几何,却没能成为数学家;寄情诗文,却没能成为文学家;醉心丹青,却没能成为艺术家。聊以自慰的是:能脚踏实地,努力工作,为自己的大系统小单位争得荣誉,也不失为有贡献;能专心育人三十七载,桃李满天下,其间颇有英才,也不失为有成就!
一、偶然上学
1962 年,我出生在安徽省当涂县黄池公社长福大队后楼生产队,兄弟姊妹六人,我是老大。小时候听老师讲忆苦思甜的时候,我感觉当时的生活一点不甜!
我家境贫寒,常常要么有米没柴,要么有柴没米。记得春夏交接之际,父亲把一半青色一半黄色未成熟的麦子磨碎,让母亲做成面饼给我们吃,不仅难咽,吞下去还烧胃。我一直疑惑描写困难的成语怎么不是“青黄相接”?年幼,我就帮助父母干农活。九岁时,我幸运地被扫盲工作队拉到学校上学,纯属偶然。即使如此,每天早上我还要与尚世友等伙伴先到生产队挣两个小时的工分,然后才去学校。早餐时有时无,渴了就就近喝沟渠里的水。所谓学校,其实就是一间茅草房,张荣银老师是全校的教职工。全校只有八九名小学生,年龄不一,采用复式班教学,我们村的个大学生、研究生尚贤军就出自这里,我们这些同学忘不了张老师的辛勤教育。村里的能工巧匠帮助学校用木棍、草绳、土坯、泥巴做成课桌凳,夏天使用这样的泥巴课桌凳非常凉爽,可是到了数九寒冬实在不好过,张老师就带我们蹦蹦跳跳暖身子。学校只有《语录》《选集》等几本课外书,设施之简陋,教材之简单,书籍之奇缺,是现在的人无法想象的。高年级时,我先后在戚桥小学、毛桥小学、长福小学上过学。我就是在这样的环境里,艰苦而又紧张地度过了小学生涯。
数学是思维的体操、智慧的催化剂
按照我国著名科学家钱学森对学科的划分,数学既不是人文科学,也不是自然科学,而是一个独立的学科,就其研究的对象和模式,应该属于思维科学。著名革命家和思想家加里宁(1875—1946)直截了当地说出了“数学是思维的体操”这句名言。实际上,与其他学科相比,数学更加注重对人们思维的训练。
人类因能够思维,能够使用生产工具,而从动物群体中脱颖而出,成为动物之“王者”。但是人的思维能力和聪明程度,是有区别的。固然思维能力受先天的基因基础影响,但后天的培养和接受教育,对其影响更大。数学家华罗庚说过:“天才在于积累,聪明在于勤奋。”被认为是 20 世纪聪明的科学家的爱因斯坦也说:“我没有什么特别的才能,不过喜欢寻根刨底地追究问题罢了。”
其实一个人所谓的聪明和才能,不过是善于思考,喜欢寻根刨底地追求问题的解决。而“学问”本身,也就是一“学”二“问”,而学和问,都需要接受教育(家庭教育和学校教育),并养成习惯,坚持不懈。
接受教育,当然说的是德智体美劳的全面教育。就学校课程学习而言,也是要学习各种文化课程和科学知识。为什么要特别强调数学学习的重要性呢?这是因为数学学习可以帮助人掌握思维形式和思维活动的规律。
雷劈数(卡普利加数)
印度数学家卡普利加(Kaprekar)在一次雷阵雨后,见到公路旁一块标有数字 3025 的里程碑被雷劈为两段,其两块上的数字分别为 30 和 25。作为数学家,卡普利加对数字有特殊的敏感性。他敏锐地发现这两个数字之间有着巧妙的联系:两块上的数字相加之后再平方,竟又回到原来的数,即
(30+25)2=552=3025
于是,人们便称这类数为卡普利加数,或雷劈数。
这种奇怪的“雷劈数”,还有别的吗?至今人们已经找到几十个这样的“雷劈数”。例如:01,09,45,99,703,22222,…
452=2025,而 20+25=45;
992=9801,而 98+01=99;
7032=494209,而 494+209=703;
222222=493817284,而 4938+17284=22222;
…………
运输方案的制定
问题: A、B、C 三个城市分别有某种机器 10 台、10 台和 8 台,D、E 两市则分别需要这种机器 18 台和 10 台,从 A 市运 1 台机器到 D、E 的运费, 分别为 200 元和 800 元; 从 B 市运 1台机器到 D、E 的运费,分别为 300 元和 700 元;从 C 市运 1 台机器到 D、E 的运费,分别为 400元和 500 元。则:如何安排运输,使总的运费少?
分析:问题中的数据很多,我们可以设计出一张表格,将这些数据分类列于表中,使我们能看出其间的关系(表 4-8-1):
表4-8-1
运费 供地
需地
A
B
C
需量
D
200
300
400
18
E
800
700
500
10
供量
10
10
8
如果从 A 市运 x 台机器到 D 市,从 B 市运 y 台机器到 D 市,能够满足问题的要求,那么,有关两个城市之间的运费,就如表4-8-2 所示:
表4-8-2
运费 供地
需地
A
B
C
需量
D
200x
300y
400(18-x-y)
18
E
800(10-x)
700(10-y)
500( x+y-10)
10
供量
10
10
8
从表 4-8-2 可见:
总运费 W( x, y)
=200x+300y+400(18-x-y) +800(10-x) +700(10-y)
+500( x+y-10)
=17200-500x-300y (1)
其中 x、 y 的限制条件是:
0 ≤ x ≤ 10,0 ≤ y ≤ 10,0 ≤ 18-x-y ≤ 8 (2)
于是,我们的问题就是:在条件(2)的约束下,求函数(1)的小值。
函数(1)称为目标函数,(2)为限制条件。这里的目标函数是线性函数,这就是一个线性规划问题。
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