不是数学无趣,而是你看不懂 | 一本神奇的数学科普书

 2024-02-22 05:02:27  阅读 0

当许多人提到数学时,他们会想到“公式、定理、方程组、数组、序列和微积分”。 他们甚至这样描述大学高等数学课程:“大学里有一棵树叫高等数学,树上挂着很多东西和人”。

但真正的数学并不是每个人都那么害怕的。

我们每天都会好好研究一下“数学”,因为它就在我们的脸上,而我们面部特征的比例就是数学。 “三庭五眼”的美人胚子,是指五官比例符合数学“黄金比例”。 我们甚至故意遇到“数学”。 例如,我们家中格子瓷砖的铺设图案就是几何对称性的体现。 我们每天也使用“数学”。 出门之前,我们都会问手机导航,到一个陌生的地方怎么走,哪条路比较顺畅。 虽然它采用了GPS定位技术,但原理是数学三角函数。 即使我们坐在电影院里享受大预算的科幻特效,这也是因为“数学”。

话虽如此,如果你仍然讨厌数学,为什么不考虑再给它一次机会呢? 跟随[法文]迈克尔·劳内特( )的热门数学著作《一切都很重要:从史前到人工智能,跨越千年的数学之旅》,该书已被翻译成6种语言,一睹数学的真谛。 数学。

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作者 Lonay 是概率论博士(概率是数学的一个分支)。 自2015年起,他一直参加数学推广活动。 线上平台规划的数学课程订阅量近30万,浏览量近2000万。 还喜欢以折纸、魔术、游戏、拼图等形式带领广大大众“做数学”,让大家可以“毫无防备、无忧无虑”地体验数学家的生活。

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《一切数字》这本书更是如此,有历史图片,有数学家大喊“!” (我发现了),它让你有一种看电影的感觉,“你不需要知道所有的技巧”。 通过关注细节,你可以理解那些伟大的想法,并感受到它们带来的震撼。”

让我们看看除了那些枯燥的公式和证明之外,真正的数学是什么样的。

1.我们用数学来发现美

在史前时期的美索不达米亚平原,数学最早的应用就是数羊。 后来,到了古希腊时期,人们用数学来测量土地。 当我们有了羊和土地之后,我们的祖先说:“你还需要房子。” 老祖宗也说过,房子建得歪斜的不好。 房子不仅要建好,而且还要建得好看。

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中国古代建筑和古希腊建筑都选择了“天圆地方”的建筑比例

后来大家都知道,古希腊的帕特农神庙是按照黄金比例建造的。 它高大雄伟而不失美丽,也有一种永恒的和谐。 古希腊如此,五千年文明的中国也不能落后。 成书于公元前一世纪左右的中国最古老的数学和天文著作《周笔算经》中,有一段话:“万物皆圆方,匠人按规制之”。 这句话后来成为中国古代建筑的标杆:“天是圆的,地是圆的”,而伴随这句话的画面在建筑界也被称为“圆方方圆图”。

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《周笔算经》中的“圆方方圆图”

关于“圆方方圆图”的具体故事,可以参考清华大学建筑系王楠的演讲:中国古代建筑的建筑规范,原来如此神奇!

说完了古代的房子,我们再来说说现代的房子。 你观察过家里的瓷砖图案吗? 看看它们是水平对称还是平滑对称? 是不是和博物馆里的陶罐上的腰围很像?

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陶罐腰线

当然,如果要说世界上最美的东西就是人类自己。 适当运用数学可以让我们的美丽更加美丽。 例如,上衣的腰围高度多少合适? 上半身和下半身的比例是多少才能显出大长腿呢? 每个女人也都知道高跟鞋可以帮你增添魅力,但是你知道高跟鞋最适合你的高度是多少吗?

而这一切都可以通过数学中的黄金比例来实现。

2.我们用数学来监视造物主

我们的祖先曾经通过捡石头来数石头。 西方神话也说大地是母亲。 即便如此,仍然无法阻止我们探索宇宙的脚步。

这一切都始于古希腊人埃拉托色尼使用三角函数精确测量地球的周长。 几个世纪后,卡西尼家族测量了巴黎子午线,我们用它来求出地球的周长。 基准。

不满足于地面

地球如此,那么夜空中的星星呢? 它们是否也像我们一样在宇宙中沿着相同的轨迹运动? 如果是这样,它们是绕地球还是太阳运行? 美丽的流星雨是一种汽化现象,还是周期性地迎接我们的小行星?

“日心说”和“地心说”,谁对谁错? “让人类颤抖”的伽利略一生都支持“日心说”,但却苦于证明它。 这时,一个苹果告诉牛顿,理解宇宙的关键就在于那个简单的数学公式,从此,万有引力诞生了。

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有了理论,我们来验证一下,于是万众期待的哈雷彗星在1759年回归了。哈雷彗星的回归验证了宇宙中的天体沿着自己的轨道绕太阳公转的理论和牛顿公式万有引力定律做出了准确的预测。

如果说牛顿在作弊,哈雷彗星的发现者、英国物理学家埃德蒙·哈雷早就预言哈雷彗星会在76年后首次亮相。 所以科学家说,既然我们有了理论和公式,我们就来计算一下其他行星吧。 没关系,但是计算出来的时候我惊呆了。 我无意中算出了海王星,后来我也算出了天王星。 这两颗行星是八颗行星中唯一被计算而非观测到的行星。 别担心,为了验证计算的正确性,科学家们对齐了海王星和天王星的位置,并对它们进行了观测。

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听说人类是最先进的

到了19世纪,科学飞速发展。 我们不仅不满足于研究无生命的物体或遥不可及的恒星,达尔文说,“一切都准备好了,让我们看看生物的进化。”

达尔文在《进化论》中提到了“自然选择”的自然选择理论。 在随后的几个世纪里,人们深信不疑,相信这一切都是上帝的旨意。

但真的是这样吗? 我们抛一枚硬币怎么样,正面还是反面,其中一个一定是上帝的旨意。 我们曾经认为这就是所谓的“随机性”。

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结果,上帝遇到这群自找麻烦的数学家,也很头疼。 他们只是喜欢验证一切。 既然这是天意,那我们就用数学来验证一下吧。

令人震惊的是,上帝这次失败了。 经过数千万次实验,数学家得出结论:随机性并不存在,甚至可以预测:当一个行为重复的次数不断增加时,该行为的结果只会无限接近某个极限值。

嗯,看来人类并不是上帝的旨意。 那么人类是如何从猿猴进化到今天的呢? 我们会变得更高、眼睛更大、脸更小吗?

继上次获胜后,数学家们这一次更加努力,进行了更多的实验。 最后他们得出了一个结论,这就是概率的强化性质。 解释一下,概率会自我纠正。 还是有点难以理解。 让我们举个例子。 当流感流行时,随着病毒的复制和传播,健康的人会越来越少,感染的人数会增加,患病的概率也会增加。 越高。

我们还可以通过概率的强化特征来解释人类的进化。 正常猿类在繁殖过程中基因概率越来越弱,而人类感染突变体的基因概率却越来越强。 至于我们是否是猿猴的后裔,这个问题就得留给研究概率的数学家了。

3.我们用数学来扮演创造者的角色

从史前时代我们自己放牧、数羊,到今天利用人工智能养羊,人类显然不再甘心做女娲捏制的小泥人。 我们开始想要扮演自己创造者的角色,而这一切的开始仍然源于数学。

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阿基米德切圆法

这一切都始于人类对圆周率的痴迷。 首先是阿基米德的切圆方法,但无论怎么“切”,估计值与真实值之间都有0.03%的差距。 一向持批判态度的数学家怎么能接受这一点呢? 有了数组之后,大家都意识到无限数相加的结果可能是有限的。 所以,攻击π的任务一定不能放松,一定要用数组来添加。 但如果你高中学过数组,你一定知道,即使只是看几行几列,计算起来也确实很惨。 于是,人类历史上第一个计算器——帕斯卡计算器就应运而生了。

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帕斯卡计算器

计算器诞生后,它的体积一直有点庞大,而且工作也不是很稳定。 它甚至不能像纺织机那样人人都可以操作,所以数学家说我们应该建造一种利用纺织机冲压原理的机器。 嗯,第一台计算机就是这样建造的。

当然,以后你就会知道。 1936年,艾伦·图灵提出了数学与信息科学之间可能的联系。 后来有了图灵机,然后有了算法,现在有了人工智能。

在近期的“一夕”舞台上,瑞虎科技CTO的演讲题目是《我用AI机器人养猪》(后台回复关键词即可获取收听链接)

终于

请原谅我有点激动和语无伦次,因为这本数学书的信息量太大了。 除了从书中学习数学知识外,它还帮助我介绍了西方历史。 作者如果不搞数学,一定能搞历史。 。

在《一切皆数》中,迈克尔·劳内特不仅用数学帮助我们发现美,还指出数学本身就是美丽的、简单的、奇妙的。 我们用它来探索宇宙,争论过“地心说”和“日心说”,甚至把人送上断头台,但它只是一个简单的数学公式,让我们了解自己,走向太空。

爱因斯坦在写出相对论公式E=mc²时还说过,“宇宙最不可理解的一点就是它实际上是可以理解的”。

数学就是这样。 它看上去像“定理、公式、方程、数组、数列、微积分”,但背后却闪烁着人类智慧的光芒,这是通往未知世界的大门。

但说到数学的普及,却可以归功于一位英明的哈里发(阿拉伯世界的统治者)。 他命令手下最优秀的数学家写一本数学科普书,旨在帮助人们解决日常问题,比如买卖商品、计算领域等。 这可能是人类历史上第一本面向大众的数学科普读物,但其价值是巨大的。 正是这本科普书解释了方程的概念,也是这本科普书首先将数学问题从学科中剔除。 具体问题被抽象出来,代数也被发展起来。 随后出现了笛卡尔“元音+辅音”方程的简化表达,以及笛卡尔坐标系,使代数能够描述几何,使空间成为二维以上,为穿越第四维的相对论铺平了道路。 “时间”。 。

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三维空间坐标系

人类历史上不知道有多少科普书《一切都很重要:从史前到人工智能,跨越千年的数学之旅》,内容一定是最有趣的,场景一定是最宏伟的,而且语言一定是最优雅的。

字里行间透着法式浪漫:“不懂数学?没关系,握住我的手。”

今年圣诞节,你还需要解释为什么没有圣诞老人吗?

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标签: 数学

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