《生活中無處不在的數(shù)學(xué)原理》始終貫穿著強(qiáng)烈的應(yīng)用意識,突出數(shù)學(xué)的“無處不在”,即把數(shù)學(xué)理論緊密地與生活、文學(xué)、音樂、繪畫、建筑、環(huán)境等實(shí)際問題相結(jié)合,共分為“日常生活中的數(shù)學(xué)原理”、“音樂中的數(shù)學(xué)原理”、“繪畫與建筑中的數(shù)學(xué)原理”、“自然界中的數(shù)學(xué)原理”、“文學(xué)中的數(shù)學(xué)原理”五個(gè)單元,涉及學(xué)生身邊事物的方方面面,讓學(xué)生充分感受到原來數(shù)學(xué)與現(xiàn)實(shí)如此之近。
今后數(shù)學(xué)的發(fā)展,更有賴于對生活的種種發(fā)現(xiàn)提出問題、解決問題,然后才能讓數(shù)學(xué)往更深一層發(fā)展,外國數(shù)學(xué)如此,中國也不例外。數(shù)學(xué)無處不在,只要我們多留心身邊的事物,多問幾個(gè)為什么,就能慢慢發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)的趣味性和實(shí)用性,對數(shù)學(xué)產(chǎn)生親切感。但愿這《生活中無處不在的數(shù)學(xué)原理》能成為中學(xué)生朋友學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的好幫手。
數(shù)學(xué)是研究現(xiàn)實(shí)世界的空間形式和數(shù)量關(guān)系的科學(xué)。它是一門思辨的科學(xué),與其他學(xué)科相比,有更多的理性思維。不太了解數(shù)學(xué)的人往往覺得數(shù)學(xué)是抽象的、枯燥的,其實(shí)只要愿意深入進(jìn)去,就會(huì)發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)是美妙的——可以啟發(fā)和引導(dǎo)人們透過表面現(xiàn)象,在更深的層次上發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律,從而了解表面上看不到的結(jié)果。數(shù)學(xué)的魅力還在于它以各種方式影響我們的日常生活:比如,我們熟悉的足球,不知你是否注意到:組成足球表面上的“黑”“白”兩種色皮塊的幾何形狀和數(shù)目如何?肥皂泡如白日夢一樣,很容易在陽光下幻滅,在欣賞吹出來的七彩繽紛的肥皂泡之際,當(dāng)兩個(gè)或以上的肥皂泡黏在一起時(shí),曲面交角又為何總是維持在120°;?你可曾想過它所蘊(yùn)藏的原理?在炎夏,到樹蔭下乘涼,十分愜意,但你是否留意,支撐著茂盛樹葉的枝莖的生長有什么特別的規(guī)律?……凡此種種,都是生活中我們所遇到的很普遍的現(xiàn)象,這些普遍現(xiàn)象都與數(shù)學(xué)息息相關(guān)。
本書始終貫穿著強(qiáng)烈的應(yīng)用意識,突出數(shù)學(xué)的“無處不在”,即把數(shù)學(xué)理論緊密地與生活、文學(xué)、音樂、繪畫、建筑、環(huán)境等實(shí)際問題相結(jié)合,共分為“日常生活中的數(shù)學(xué)原理”、“音樂中的數(shù)學(xué)原理”、“繪畫與建筑中的數(shù)學(xué)原理”、“自然界中的數(shù)學(xué)原理”、“文學(xué)中的數(shù)學(xué)原理”五個(gè)單元,涉及學(xué)生身邊事物的方方面面,讓學(xué)生充分感受到原來數(shù)學(xué)與現(xiàn)實(shí)如此之近。
每一個(gè)單元都由若干節(jié)組成,每一節(jié)都分成三部分。
第一部分是“情境導(dǎo)入”,先描述一個(gè)具體的情境,再在這個(gè)情境中提出一個(gè)數(shù)學(xué)問題。閱讀這一部分內(nèi)容,讀者將學(xué)習(xí)如何從具體的生活實(shí)際中提出數(shù)學(xué)問題。
第二部分是“數(shù)學(xué)原理”,是運(yùn)用相關(guān)的數(shù)學(xué)原理解決或者解釋第一部分提出的數(shù)學(xué)問題,并且學(xué)習(xí)解決這個(gè)數(shù)學(xué)問題的思路和方法,有利于提高讀者的數(shù)學(xué)能力。
第三部分是“延伸閱讀”,提綱挈領(lǐng)地指出了解決問題時(shí)所運(yùn)用的數(shù)學(xué)知識和方法,以及該數(shù)學(xué)知識在其他領(lǐng)域的運(yùn)用等,以便讀者能更好地解決其他的數(shù)學(xué)問題。
在具體操作過程中,“數(shù)學(xué)原理”這一部分盡量考慮和中學(xué)階段的數(shù)學(xué)知識相結(jié)合,即使是超綱內(nèi)容也用簡單易懂的方式呈現(xiàn),便于讀者理解。涉及的數(shù)學(xué)知識包括集合論、數(shù)理邏輯、運(yùn)籌、統(tǒng)計(jì)、概率、排列組合、代數(shù)、幾何和矩陣等,使學(xué)生在應(yīng)用中進(jìn)一步加強(qiáng)對數(shù)學(xué)知識的理解。
很多讀者開始學(xué)數(shù)學(xué)時(shí),經(jīng)常把數(shù)學(xué)與生活分開來,其實(shí),如果把數(shù)學(xué)融入生活,將生活數(shù)學(xué)化,那么,學(xué)起數(shù)學(xué)來,不僅知道其來龍去脈,更重要的是,可以鍛煉自己的嚴(yán)密的數(shù)學(xué)思維,對掌握新的科目起到很大的幫助。
今后數(shù)學(xué)的發(fā)展,更有賴于對生活的種種發(fā)現(xiàn)提出問題、解決問題,然后才能讓數(shù)學(xué)往更深一層發(fā)展,外國數(shù)學(xué)如此,中國也不例外。數(shù)學(xué)無處不在,只要我們多留心身邊的事物,多問幾個(gè)為什么,就能慢慢發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)的趣味性和實(shí)用性,對數(shù)學(xué)產(chǎn)生親切感。但愿這本書能成為中學(xué)生朋友學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的好幫手。
日常生活中的數(shù)學(xué)原理
怎樣找出觀賞展品的最佳位置
井蓋為什么都是圓的
汽車前燈里的數(shù)學(xué)
下一個(gè)中獎(jiǎng)的就是你嗎
揭開撲克牌中的秘密
運(yùn)動(dòng)場上的數(shù)學(xué)
電腦算命真的可信嗎
烤肉片里的學(xué)問
為什么我們總會(huì)遇到交通擁堵
穿高跟鞋真的會(huì)變美嗎
為什么圖書館的大部分書的頭幾頁會(huì)比較臟
見死不救真是道德淪喪嗎
人身上的“尺子”
音樂中的數(shù)學(xué)原理
音階——數(shù)學(xué)對于耳朵
樂譜的書寫離不開數(shù)學(xué)
鋼琴鍵盤上的數(shù)學(xué)
音樂中的數(shù)學(xué)變換
樂器的形狀也和數(shù)學(xué)有關(guān)
為什么有的人五音不全
大自然音樂中的數(shù)學(xué)
古琴音樂中的幾何學(xué)
繪畫與建筑中的數(shù)學(xué)原理
點(diǎn)的藝術(shù)
透視在美術(shù)中的運(yùn)用
美術(shù)中的平移和對稱
凡·高畫作中的數(shù)學(xué)公式
黃金分割在美術(shù)中的運(yùn)用
拱——曲線數(shù)學(xué)
建筑物中的對稱
建筑物中的幾何性
凱旋門與立交橋
自然界中的數(shù)學(xué)原理
蜂房中的數(shù)學(xué)
六邊形與自然界
鳥群的混沌運(yùn)動(dòng)
分形——自然界的幾何
植物王國的“數(shù)學(xué)家”
蜘蛛的幾何學(xué)
動(dòng)物皮毛上的斑點(diǎn)和條紋的數(shù)學(xué)特征
蜜蜂的舞蹈
神奇的螺旋
螢火蟲為什么會(huì)同步發(fā)光
花朵的數(shù)學(xué)方程
動(dòng)物世界里的“數(shù)學(xué)家”
雪花為何都是六角形的
樹木年輪與地震年代測定
文學(xué)中的數(shù)學(xué)原理
數(shù)字入詩別樣美
詩歌中的數(shù)學(xué)意境
對聯(lián)中的數(shù)學(xué)
小說中的數(shù)學(xué)問題
典籍中的數(shù)學(xué)
“倍爾數(shù)”在詩歌中的應(yīng)用
用數(shù)學(xué)解決文學(xué)公案
《紅樓夢》是曹雪芹一個(gè)人寫的嗎
圓周中的回環(huán)詩
用數(shù)學(xué)書寫的人生格言
現(xiàn)代人注重生活品質(zhì),一到閑暇時(shí)往往會(huì)選擇到戶外郊游,呼吸新鮮空氣,親近大自然。燒烤便是近年來很流行的一種休閑方式。
又是秋高氣爽、風(fēng)清云淡的季節(jié),小華和爸爸媽媽一起來到郊外一個(gè)知名的度假村,享受悠閑的假日時(shí)光。
爸爸自告奮勇充當(dāng)起了燒烤師,他拿出自帶的燒烤架忙活起來,不過小華和媽媽有些等不及了:“什么時(shí)候才能烤好啊?”爸爸也很無奈:“這個(gè)燒烤架每次只能烤兩串肉,一串肉要烤兩面,而一面還需要10分鐘。我同時(shí)烤兩串的話,得花20分鐘才能烤完。要烤第三串的話還得花20分鐘。所以三串肉全部烤完需40分鐘!毙∪A卻不這么認(rèn)為,他低著頭想了一會(huì)兒就大聲對爸爸喊道:“你可以更快些,爸爸,我知道你可以用30分鐘就烤完三串肉!卑」∪A究竟想出了什么好主意呢?你知道嗎?數(shù)學(xué)原理為了說明小華的解法,我們設(shè)肉串為A、B、C。每串肉的兩面記為1、2。第一個(gè)10分鐘先烤A1和B1。然后把B肉串先放到一邊,再花10分鐘炙烤A2和C2。此時(shí)肉串A可以烤完。再花10分鐘炙烤B2和C2。這樣一來,僅花30分鐘就可以烤完三串肉。
小華的方法是不是很棒?我們在實(shí)際生活中是不是會(huì)經(jīng)常碰到諸如此類的問題呢?那你有沒有開動(dòng)腦筋仔細(xì)想過呢?其實(shí)這個(gè)簡單的組合問題,屬于現(xiàn)代數(shù)學(xué)中稱為運(yùn)籌學(xué)的分支。這門學(xué)科奇妙地向我們揭示了一個(gè)事實(shí):如果有一系列操作,并希望在最短時(shí)間內(nèi)完成,統(tǒng)籌安排這些操作的最佳方法并非馬上就能一眼看出。初看是最佳的方法,實(shí)際上大有改進(jìn)的余地。在上述問題中,關(guān)鍵在于烤完肉串的第一面后并不一定馬上去烤其反面。
提出諸如此類的簡單問題,可以采用多種方式。例如,可以改變烤肉架所能容納肉串的數(shù)目,或改變待烤肉串的數(shù)目,或兩者都加以改變。另一種生成問題的方式是考慮物體不止有兩個(gè)面,并且需要以某種方式把所有的面都予以“完成”。例如,某人接到一個(gè)任務(wù),把“n”個(gè)立方體的每一面都涂抹上紅色油漆,但每個(gè)步驟只能夠做到把“k”個(gè)立方體的頂面涂色。
延仲閱讀上述問題用到了運(yùn)籌學(xué)的思想,實(shí)際上運(yùn)籌學(xué)的思想在古代就已經(jīng)產(chǎn)生了。敵我雙方交戰(zhàn),要克敵制勝就要在了解雙方情況的基礎(chǔ)上,使用最優(yōu)的對付敵人的方法,這就是“運(yùn)籌帷幄之中,決勝千里之外”的說法。中國戰(zhàn)國時(shí)期,曾經(jīng)有過一次流傳后世的賽馬故事,相信大家都知道,這就是田忌賽馬。田忌賽馬的故事說明在已有的條件下,經(jīng)過籌劃、安排,選擇一個(gè)最好的方案,就會(huì)取得最好的效果?梢,籌劃安排是十分重要的。
但是作為一門數(shù)學(xué)學(xué)科,用純數(shù)學(xué)的方法來解決最優(yōu)方法的選擇安排,卻晚多了。也可以說,運(yùn)籌學(xué)是在20世紀(jì)40年代才開始興起的一門新的數(shù)學(xué)分支學(xué)科。
運(yùn)籌學(xué)主要研究經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和軍事活動(dòng)中能用數(shù)量來表達(dá)的有關(guān)策劃、管理方面的問題。當(dāng)然,隨著客觀實(shí)際的發(fā)展,運(yùn)籌學(xué)的許多內(nèi)容不但研究經(jīng)濟(jì)和軍事活動(dòng),有些已經(jīng)深入到日常生活當(dāng)中去了,比如解決交通擁堵、排隊(duì)問題等等。運(yùn)籌學(xué)可以根據(jù)問題的要求,通過數(shù)學(xué)上的分析、運(yùn)算,得出各種各樣的結(jié)果,最后提出綜合性的合理安排,以收到最好的效果。
隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展,運(yùn)籌學(xué)已滲入很多領(lǐng)域,并發(fā)揮越來越重要的作用。運(yùn)籌學(xué)本身也在不斷發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)是一門包括好幾個(gè)分支的數(shù)學(xué)學(xué)科了。比如數(shù)學(xué)規(guī)劃(包含線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、組合規(guī)劃等)、圖論、網(wǎng)絡(luò)流、決策分析、排隊(duì)論、可靠性數(shù)學(xué)理論、庫存論、對策論、搜索論、模擬等等。
為什么我們總會(huì)遇到交通擁堵情境導(dǎo)入小明每天都坐爸爸的車去上學(xué),他們幾乎每天都是早上7點(diǎn)半出門,然后在路上花半個(gè)小時(shí)到學(xué)校。
又是一個(gè)星期一,小明由于貪睡晚起了一會(huì)兒,于是他顧不上吃早餐就趕緊要爸爸送他去學(xué)校,即使是這樣還是比平時(shí)晚了5分鐘出門。7點(diǎn)35分,他們準(zhǔn)時(shí)出發(fā),沒想到,這樣一來,小明竟然比平時(shí)晚了半個(gè)小時(shí)到學(xué)校。
小明在責(zé)怪自己貪睡的同時(shí),想到一個(gè)問題:“為什么只是晚了5分鐘出門,卻多花了半個(gè)小時(shí)的時(shí)間在路上呢?”出現(xiàn)這種結(jié)果,當(dāng)然與交通擁堵有關(guān),但是它與數(shù)學(xué)又有什么關(guān)系呢?
……