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平面与数学家的故事:探索生活环境中的数学思维差异

时间:2023-11-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:但这些想法会因生活环境的不同而有不同的看法及行为。中国人有一句话说:“夏虫不可语冰。”“很好!AD+DB会等于什么的和呢?”“在△ADF中,AD+DF会大于什么边呢?”“你同意不同意AD+DF>AF?因此AD+DB>AG+GB?”

平面与数学家的故事:探索生活环境中的数学思维差异

欧几里得

英国数学家怀特海就说过:“当我们的思想处于最理论的状态下(翱翔于理论的长空),我们可能最接近于我们最实际的应用,这并不是谬论。”

生物如果能思考,它们一定会受环境影响而产生一些想法。但这些想法会因生活环境的不同而有不同的看法及行为。

中国人有一句话说:“夏虫不可语冰。”意思是说:“一只只存在夏季的昆虫,你没法对它谈冰是什么?”

“为什么这样呢?你解释解释。”

“如果这虫的寿命只是3个月时间,它不会活到秋天,因此冬天来了,有大雪,它在这之前已经死掉,不可能看到雪是什么。

我们来做一个想象的游戏。你试试想象:假定现在有一个智慧生物,它活在一个无穷大的平面中,不知道什么是3维空间

欧几里得第五公设

但是它知道欧几里得2000多年前的《几何原本》的5个公理(公设),那就是:

(1)两点间必可连一条直线;

(2)直线可以任意延长;

(3)已知圆心及半径可作一圆;

(4)凡直角皆相等;

(5)有两直线AB,CD被另一直线截于E、F,如果∠AEF+∠CFE<180°,则两条直线在EA、FC方向相交。

由此推出《几何原本》465个定理的几何知识,包括毕达哥拉斯定理,任意三角形的内角和是180°等。”

“如果它是数学家,它一定懂不止465个定理。”小王子说。

“当然!当然!它会知道不止那些定理。还有其他各式各样的定理。

我现在给你考虑这生物所要解决的一个问题:

假定它要养育一只动物作为宠物,但这动物必须在户外生活,它每天需要打水给它,从家到河边取水,它打算走最短的路程,你们怎么找这路径?

在下面我们就假设A是它的住处,B是宠物的位置。

我们要假设这河是笔直的。

请提出解决方案。”

“很容易,它只要垂直走到河边取水,我们记这点是C,再直接走到B就行了。”(www.xing528.com)

“为什么你这么认为?”

“这是凭我的直觉。”小王子回答。

“我觉得小王子的直觉不太对。因为我如果在C左边取一点D,量AD+BD的长,它们的总长小于AC+BC。”

“我给你一个提示。如果你从B作河的垂直线,与河边相交于E,然后再延长E至F,使BE=EF。

将D,F连线,你观察到什么现象?”

“啊!我知道△BDE及△FDE是全等三角形。

两个直角三角形。如果有两组对应边相等,那么它们就全等。

由于BE=EF,ED=ED,因此△BDE和△FDE全等。”

“很好!AD+DB会等于什么的和呢?”

“AD+DB=AD+DF。”小王子很快回答。

“在△ADF中,AD+DF会大于什么边呢?”

“我知道任意三角形两边之和大于第三边,因此AD+DF大于AF。”

“好!假定AF与河的边交于G(≠D),我们连结BG,

你同意不同意AG+GB=AG+GF=AF?”

“是的。”

“你同意不同意AD+DF>AF?

因此AD+DB>AG+GB?”

“是的。”

“那么你发现什么呢?”

“哎呀!我知道了这生物只要走向G再打水走向B,才是最短的路径。”

“没错。你解决了这个问题。”

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