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數(shù)學(xué)常識

更新時間:2016/9/26 13:00:00  手機(jī)版

  數(shù)學(xué):

  在生活中,我們經(jīng)常會用到一些數(shù)學(xué)上的知識,數(shù)學(xué)和我們?nèi)祟惖纳钍窍⑾⑾嚓P(guān)的。

  了解數(shù)學(xué)的由來和發(fā)展,比方說阿拉伯?dāng)?shù)字的由來了,加減乘除符號的由來,著名的命題“萬物皆數(shù)”是由畢達(dá)哥拉斯提出的等等這些關(guān)于數(shù)學(xué)上的基本常識性問題。

  學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的意義:

  有這樣一個傳說,一次,數(shù)學(xué)家歐基里德教一個學(xué)生學(xué)習(xí)某個定理。結(jié)束后這個年輕人問歐基里德,他學(xué)了能得到什么好處。歐基里德叫過一個奴隸,對他說:“給他3個奧波爾,他說他學(xué)了東西要得到好處!痹跀(shù)學(xué)還非常哲學(xué)化的古希臘,探究世界的本原、萬物之道,而要得到什么“好處”,受到鄙視是可以理解的。這就像另一個故事:在巴黎的一個酒吧里,一個姑娘問她的情人遲到的原因,那年輕人說他在趕做一道數(shù)學(xué)題,姑娘搖著腦袋,不解地問:“我真不明白,你花那么多時間搞數(shù)學(xué),數(shù)學(xué)到底有什么用?”那年輕人長久地看著她,然后說:“寶貝兒,那么愛情,到底有什么用?”

  由經(jīng)驗(yàn)構(gòu)成的分散的知識,顯然沒有成體系的知識可信,我們歷來都對知識的體系更有信任感。例如牛頓的力學(xué)體系,可以精確地計(jì)算物體的運(yùn)動,即使推測1億年的日食也幾乎絲毫不差;達(dá)爾文以物種進(jìn)化和自然選擇為核心的進(jìn)化論,把整個生物世界統(tǒng)括為一個有序的、有機(jī)的系統(tǒng),使得我們知道不同物種之間的關(guān)系。

  但是,即使是經(jīng)典的知識體系,也不足以始終承載我們的全部信任,因?yàn)樾碌慕?jīng)驗(yàn)、新的研究會調(diào)整、更新舊的知識體系,新理論會替代舊理論。愛因斯坦相對論的出現(xiàn),使得牛頓的力學(xué)體系成為一種更廣泛理論中的特例;基因?qū)W說的發(fā)展和化石證據(jù)的積累,使得達(dá)爾文進(jìn)化論中漸變的思想受到挑戰(zhàn),這樣的事例充滿了整個科學(xué)發(fā)展的歷史,讓我們不時用懷疑的眼光打量一下那些仿佛無懈可擊的知識體系,對它們心存警惕。

  不過,在人們追求確定性、可靠性的時候,還有一塊安寧的綠洲,那就是數(shù)學(xué)。數(shù)學(xué)是我們最可信賴的科學(xué),什么東西一經(jīng)數(shù)學(xué)的證明,便板上釘釘,確鑿無疑。另外,新的數(shù)學(xué)理論開拓新的領(lǐng)域,可以包容但不會否定已有的理論。數(shù)學(xué)是惟一一門新理論不推翻舊理論的科學(xué),這也是數(shù)學(xué)值得信賴的明證。

  終極的確定

  數(shù)學(xué)追求什么?我們稱古希臘的賢哲泰勒斯是古代數(shù)學(xué)第一人,是因?yàn)樗幌癜<盎虬捅葌惾四菢,對任意一個規(guī)則物體求數(shù)值解,他的雄心是揭示一個系列的真理。比如圓,他的答案不是關(guān)于一個特殊圓,而是任意圓,他對全世界所有的圓感興趣,他創(chuàng)造的理想的圓可以斷言:任何經(jīng)過圓心的直線都將圓分割為兩等分,他找到的真理揭示了圓的性質(zhì)。

  數(shù)學(xué)要求普遍的確定性。

  數(shù)學(xué)要劃清結(jié)果和證明的界限。

  世界再變幻不定,我們也總要有所憑信,有所依托,把這種憑信的根據(jù)推到極致,我們能體會到數(shù)學(xué)的力量。數(shù)學(xué)之大用也在于此。

  我們的先人很早就開始用數(shù)學(xué)來解決具體的工程問題,在這方面,各古文明都有上佳的表現(xiàn),但是古希臘人對數(shù)學(xué)的理解更值得我們敬佩。首先是畢達(dá)哥拉斯學(xué)派,他們把數(shù)看作是構(gòu)成世界的要素,世上萬物的關(guān)系都可以用數(shù)來解析,這絕不是我們現(xiàn)代“數(shù)字地球”之類的概念可以比擬的,那是一種世界觀,萬物最終可以歸結(jié)為數(shù),由數(shù)學(xué)說明的東西可以成為神圣的信仰,我想,持這樣想法的人,一定對自然常存敬畏,不會專橫自欺的。

  其次,古希臘人把數(shù)學(xué)用于辯論,他們要求數(shù)學(xué)提供關(guān)于政治、法律、哲學(xué)論點(diǎn)的論據(jù),要求絕對可靠的證據(jù),要求“不可駁斥性”;他們也不滿足于(例如埃及、巴比倫前輩那樣的)經(jīng)驗(yàn)性的證據(jù),而是進(jìn)一步要求證明,要求普遍的確定性。多么可愛、嚴(yán)正的要求!有這樣要求的人,必定明達(dá)事理,光明磊落。

  為了保證思想可靠,古希臘的思想家制定了思想的規(guī)則,在人類歷史上,思想第一次成為思想的對象,這些規(guī)則我們稱之為邏輯。比如不可同時承認(rèn)正命題和反命題,換句話說,一個論點(diǎn)和它的反論點(diǎn)不能同時為真,即矛盾律;比如一正論點(diǎn)與反論點(diǎn)不可同時為假,即排中律。所有這些努力,都特別體現(xiàn)著人類對確定、可靠的知識的追求,一部數(shù)學(xué)史,就是人類不斷擴(kuò)大確知領(lǐng)域的歷史

  最古老的的數(shù)學(xué)趣題:

  在七間房子里,每間都養(yǎng)著七只貓;在這七只貓中,不論哪只,都能捕到七只老鼠;而這七只老鼠,每只都要吃掉七個麥穗;如果每個麥穗都能剝下七顆麥粒,請問:房子、貓、老鼠、麥穗、麥粒,都加在一起總共該有多少數(shù)?

  答案:總數(shù)是19607。

  房子有7間,貓有72=49只,鼠有73=343只,麥穗有74=2401個,麥粒有75=16807合。全部加起來是7+72+73+74+75=19607。

  可以說這是世界上最古老的數(shù)學(xué)趣題了。大約在公元前1800年,埃及的一個僧侶名叫阿默士,他在紙草書上寫有如下字樣:

  家  貓  鼠  麥   量器

  7   49  343 2401  16807

  但他沒有說明是什么意思。

  兩千多年后,意大利的裴波那契在《算盤書》(1202年)中寫了這樣一個問題:“7個老婦同赴羅馬,每人有7匹騾,每匹騾馱7個袋,每個袋盛7個面包,每個面包帶有7把小刀,每把小刀放在7個鞘之中,問各有多少?”受到這個問題的啟發(fā),德國著名的數(shù)學(xué)史家M·康托爾認(rèn)明阿默士的題意和這個題所問是相同的。

  這類問題,在19世紀(jì)初又以歌謠體出現(xiàn)在算術(shù)書中:

  我赴圣地愛弗西,

  途遇婦女?dāng)?shù)有七,

  一人七袋手中提,

  一袋七貓數(shù)整齊,

  一貓七子緊相依,

  婦與布袋貓與子,

  幾何同時赴圣地?

  數(shù)學(xué)符號的起源:

  數(shù)學(xué)除了記數(shù)以外,還需要一套數(shù)學(xué)符號來表示數(shù)和數(shù)、數(shù)和形的相互關(guān)系。

  數(shù)學(xué)符號的發(fā)明和使用比數(shù)字晚,但是數(shù)量多得多,F(xiàn)在常用的有200多個,初中數(shù)學(xué)書里就不下20多種。它們都有一段有趣的經(jīng)歷。

  例如加號曾經(jīng)有好幾種,現(xiàn)在通用"+"號。

  "+"號是由拉丁文"et"("和"的意思)演變而來的。十六世紀(jì),意大利科學(xué)家塔塔里亞用意大利文"più"(加的意思)的第一個字母表示加,草為"μ"最后都變成了"+"號。

  "-"號是從拉丁文"minus"("減"的意思)演變來的,簡寫m,再省略掉字母,就成了"-"了。也有人說,賣酒的商人用"-"表示酒桶里的酒賣了多少。以后,當(dāng)把新酒灌入大桶的時候,就在"-"上加一豎,意思是把原線條勾銷,這樣就成了個"+"號。

  到了十五世紀(jì),德國數(shù)學(xué)家魏德美正式確定:"+"用作加號,"-"用作減號。

  乘號曾經(jīng)用過十幾種,現(xiàn)在通用兩種。一個是"×",最早是英國數(shù)學(xué)家奧屈特1631年提出的;一個是"? ",最早是英國數(shù)學(xué)家赫銳奧特首創(chuàng)的。德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨認(rèn)為:"×"號象拉丁字母"X",加以反對,而贊成用"? "號。他自己還提出用"п"表示相乘?墒沁@個符號現(xiàn)在應(yīng)用到集合論中去了。

  到了十八世紀(jì),美國數(shù)學(xué)家歐德萊確定,把"×"作為乘號。他認(rèn)為"×"是"+"斜起來寫,是另一種表示增加的符號。

  "÷"最初作為減號,在歐洲大陸長期流行。直到1631年英國數(shù)學(xué)家奧屈特用":"表示除或比,另外有人用"-"(除線)表示除。后來瑞士數(shù)學(xué)家拉哈在他所著的《代數(shù)學(xué)》里,才根據(jù)群眾創(chuàng)造,正式將"÷"作為除號。

  方根號曾經(jīng)用拉丁文"Radix"(根)的首尾兩個字母合并起來表示,十七世紀(jì)初葉,法國數(shù)學(xué)家笛卡兒在他的《幾何學(xué)》中,第一次用"√"表示根號。"r"是由拉丁字線"r"變,"--"是括線。

  六世紀(jì)法國數(shù)學(xué)家維葉特用"="表示兩個量的差別。可是英國牛津大學(xué)數(shù)學(xué)、修辭學(xué)教授列考爾德覺得:用兩條平行而又相等的直線來表示兩數(shù)相等是最合適不過的了,于是等于符號"="就從1540年開始使用起來。

  1591年,法國數(shù)學(xué)家韋達(dá)在菱中大量使用這個符號,才逐漸為人們接受。十七世紀(jì)德國萊布尼茨廣泛使用了"="號,他還在幾何學(xué)中用"∽"表示相似,用"≌"表示全等。

  大于號"〉"和小于號"〈",是1631年英國著名代數(shù)學(xué)家赫銳奧特創(chuàng)用。至于≯""≮"、"≠"這三個符號的出現(xiàn),是很晚很晚的事了。大括號"{ }"和中括號"[ ]"是代數(shù)創(chuàng)始人之一魏治德創(chuàng)造的。

  人們?yōu)槭裁聪矚g13這個數(shù):

  上海人講“十三點(diǎn)”,是一句罵人的話,意思是“呆頭呆腦”、“傻里傻氣!

  在科學(xué)發(fā)達(dá)的今天,倫敦的住宅區(qū)就無法找到門牌號為13的公寓。影劇院里也沒有第13排。宴席上第13個位置總是擺著一張獨(dú)特的桌子。

  在十四屆世界杯足球賽上,阿根廷足球隊(duì)開始戰(zhàn)績不佳,后來他們戰(zhàn)勝前蘇聯(lián)隊(duì),隊(duì)員們興奮之余紛紛說:

  “我們教練這場比賽沒讓13號上場是英明的決策!痹瓉肀荣惸翘煺檬1990年6月13日,阿根廷隊(duì)忌諱13這個“不祥的數(shù)字,教練比拉爾多為了穩(wěn)定軍心,忍痛讓主力后衛(wèi)13號洛倫索坐在替補(bǔ)席上,不讓他上場。

  為什么人們對13這個數(shù)如此回避呢?說法很多。

  有一種說法是:我們現(xiàn)在通用的十進(jìn)制是以數(shù)10作為基礎(chǔ)的,可是在古羅馬則是采用十二進(jìn)制算法的。到后來,把12作為“一打”的計(jì)算方法為歐洲許多國家所采用。因此,12成了家喻戶曉的進(jìn)位制的殿軍。這樣一來,人們對12以后的數(shù)就產(chǎn)生一種莫明其妙的感覺,以致認(rèn)為13這個數(shù)是個不祥的數(shù),是個危險的數(shù),所以后來人們就忌諱使用這樣的數(shù)。

  另一個理論是來自柏林一位醫(yī)生威廉姆?福利斯。他認(rèn)為人類有史以來的一切活動和一切對象皆可以用一個簡單的公式“23x+28y”來表示,

  一年有365天,而365=23×11+28×4;

  法國大革命開始于1789年,而1789=23×23+28×45;

  人類細(xì)胞核中有46對染色體,而46=23×2+28×0;

  《圣經(jīng)》中動物的數(shù)目是666,而666=23×18+28×9。

  然而,“不幸”的事終于發(fā)生在13這個數(shù)上:

  13=23×3+28×(-2)

  這個式子中出現(xiàn)了負(fù)數(shù),它是“不幸”的。當(dāng)然,這些都是一些無稽之談,是沒有科學(xué)根據(jù)的。

  "1名數(shù)學(xué)家=10個師"的由來:

  第二次世界大戰(zhàn)中,美國曾經(jīng)宣稱:一名優(yōu)秀的數(shù)學(xué)家的作用超過10個師的兵力。你可知這句話的由來嗎?

  1943年以前,在大西洋上英美運(yùn)輸船隊(duì)常常受到德國潛艇的襲擊,當(dāng)時,英美兩國限于實(shí)力,無力增派更多的護(hù)航艦,一時間,德軍的"潛艇戰(zhàn)"搞得盟軍焦頭爛額。

  為此,有位美國海軍將領(lǐng)專門去請教了幾位數(shù)學(xué)家,數(shù)學(xué)家們運(yùn)用概率論分析后發(fā)現(xiàn),艦隊(duì)與敵潛艇相遇是一個隨機(jī)事件,按數(shù)學(xué)角度來看這一問題,它有一定的規(guī)律。一定數(shù)量的船(如100艘)編隊(duì)規(guī)模越小,編次就越多(如每次20艘,就要有5個編次);編次越多,與敵人相遇的概率就越大。比如5位同學(xué)放學(xué)都回自己家里,老師要找一位同學(xué)的話,隨便去哪家都行,但若這5位同學(xué)都在其中某一家的話,老師要找?guī)准也拍苷业,一次找到的可能性只?0%。

  美國海軍接受了數(shù)學(xué)家的建議,命令船隊(duì)在指定海域集合,再集體通過危險海域,然后各自駛向預(yù)定港口。結(jié)果奇跡出現(xiàn)了:盟軍艦隊(duì)遭襲被擊沉的概率由原來的25%降低為1%,大大減少了損失,保證了物資的及時供應(yīng)。

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