俗话说:“爱美之心,人皆有之。”那么,你觉得数学美吗?你能欣赏数学的“美”吗?
最容易感到的数学美,是几何图形的美:圆是美的,五角星是美的,对称的太极图是美的,那么算术和代数里有没有“美”的呢?有,例如同学们一定会觉得以下的公式很和谐、整齐,因而很美观:
; ;
; 。
但是,外观美的式子不一定正确,正象美丽的花朵可能有毒一样,请看:
,
如果两个分数相加时,只要把分子和分母分别加起来就行,那么多舒服、多漂亮、多美好啊!可惜它是错的。再比如, ,也是和谐、简约且漂亮,可惜也是错的。所以,我们不能只从外表上考察数学的“美观”,还必须看它是否正确,即是否“美好”。看得久了,你会觉得
才是美好的。
另一方面,如果单从外表上看一元二次方程的求根公式,那是很“丑陋”的:
,
这个式子既不对称,也不整齐,一点不和谐。但是你会看到它的价值是多么美好:从中可以看到 的意义,正负号表示会有两个根,判别式会告诉你方程根的个数,最后,可以用这个公式完整地确定方程的根。太好了。这个好像小说《巴黎圣母院》中的卡西摩多,外表丑陋,但是内心很美。
这样,我们欣赏数学之美,从“美观”到达了第二个层次:美好。
数学美的第三个层次是美妙。任意三角形的三条高交于一点,太妙了。直线可以用方程 表示出来,太妙了。我们在做数学题目时,常常也会觉得数学之“美妙”。确实,正当我们面对难题觉得“山重水复疑无路”之时,忽然计上心头,于是“柳暗花明又一村”,问题迎刃而解。太妙了!妙极了!这种科学研究中的喜悦,正是心灵上“美”的体现。
随着数学知识的增长,你会感到更深层的数学美。比如,你觉得数学证明有很强的说服力,美吗?当牛顿第二定律用数学表示为 时,你觉得美吗?细细琢磨,美感就会油然而生。
(作者为我国著名数学教育家、华东师范大学教授)
本文选自八年级《时代数学学习》2006年1-2期杂志