数学,美在哪里?( 二 )
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这里的 S 是带号面积,以角标下第一个点的坐标为(x1,y1)、第二点的坐标为(x2,y2)、第三个点的坐标为(x3,y3) 。这样处理,无论点 D 在三角形 ABC 的内部还是外部,结论都是一样的 。仍以前面说过的过平面上已知三点的圆方程为例,可以方便地扩展为三维空间乃至 n 维空间里(n+1)个点的球方程 。体现数学统一性的还有求最值的方法 。笔者在高中时代为了求最值可没少受罪,比如什么直接法、函数增减法、判别式法等等(那时高中还不讲导数),但是到了大学发现,原来求最值只要先求得导函数再解方程,然后比较一下就可以了啊 。
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数学,美在严谨培根曾说,数学使人严密 。有几个学生在初中没有受过“有且仅有”“当且仅当”一类字眼的折磨?还有就是证明一个东西是另一个东西的“充要条件”,或者在证明轨迹的时候要先证明一次“符合条件的点在所求线段上”,再证明一次“不符合条件的点不在所求线段上”,当时觉得多此一举,但是后来才知道只有这样才能保证正确性 。
另外的例子是在学习微积分时,先要背所谓的 ε-δ 定义,这个已经很绕嘴了,什么“任给”、“存在”、“当”……然后每学一个定理时,总是要注意前提——函数是在开区间里连续,还是在闭区间里连续,或者是开区间里可导,还是闭区间里可导 。连续还有一致连续,非一致连续,间断还有第一类间断点、第二类间断点,收敛还有条件收敛、绝对收敛……然而这正是数学的特质 。她以严谨的特性,筛选出了真正的裙下之臣 。
在缺乏逻辑传统和逻辑课程的中国,数学的严谨特质,是一种可贵的补充 。其中,初等数学领域中的证明题是特别有利于培养“言之有据”等逻辑规则的 。这里容不下花言巧语,容不下转移话题,不能借助类比等手段 。你必须以“事实”(所给条件)为依据,以“法律”(公理、定义、定理)为准绳,脚踏实地进行论证,有一说一,有二说二 。说到这里,有一种应试倾向应该得到纠正,那就是让学生遇到不会的题目去“蒙”,或者把条件罗列一下直接写个结论 。笔者认为,理想的教学方法是,要求学生会做的题目要做对,不会的地方要老实留空,但这主张实在难以实行 。
关于数学之美,当然可以谈论的地方还有很多,比如很应该从抽象之美的角度谈一谈(群论、线性代数可以作为例子),还有数学研究内容之丰富和有力可能也是数学之美的组成部分,但笔者能力所限,只能避而不谈了 。其实就是以上内容,可能也不免谬误或者不当,敬请读者指正 。
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