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魔鬼数学:射影几何学与彩票的奥秘

时间:2023-11-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:射影几何学有两个公理:公理1:经过两点有且只有一条直线。法诺是19世纪末期最先对有限维射影几何学认真展开研究的数学家之一,法诺平面的大致情形如下图所示。尽管这个射影平面形状奇特,但它与布鲁内莱斯基平面一样,满足公理1和公理2。有人认为,这种行为会把数学与现实割裂开来,应当予以抵制。它还是欧几里得几何学,虽然我们所说的点与直线已经面目全非,可能连欧几里得本人也辨认不出来。

魔鬼数学:射影几何学与彩票的奥秘

射影几何学有两个公理:

公理1:经过两点有且只有一条直线。

公理2:两条直线有且只有一个交点。

数学家发现一种射影平面可以满足上述两个公理之后,自然会想是不是还有更多的射影平面也满足这两个公理。研究发现,这样的射影平面非常多,而且大小不一。最小的射影平面是以其创建者法诺(Gino Fano)的名字命名的,叫作“法诺平面”(Fano plane)。法诺是19世纪末期最先对有限维射影几何学认真展开研究的数学家之一,法诺平面的大致情形如下图所示。

法诺平面

这个射影平面真的非常小,只包含7个点。其中的“直线”,即图中的线条,也非常短小,每条只包含3个点。一共有7条这样的直线,其中6条看起来像直线,另外一条则与圆相似。尽管这个射影平面形状奇特,但它与布鲁内莱斯基平面一样,满足公理1和公理2。

值得赞赏的是,法诺使用了现代研究经常使用的方法,用哈代的话说就是“下定义的习惯”,从而避免了“射影平面到底是什么”这个无法回答的问题,代之以“哪些现象具有射影平面的特点”。法诺的原话是这样的:

作为研究的基础,我们假设有任意数量、任意属性的实体,我们简称其为“点”,但是这个名称与它们的属性无关。

对于法诺及其信徒而言,直线“看起来像”直线、圆、野鸭还是其他任何东西并不重要,重要的是这些直线遵从欧几里得及其后来者关于直线的定义。只要它的特性与射影平面相似,我们就认为它是射影平面。有人认为,这种行为会把数学与现实割裂开来,应当予以抵制。但是,这种观点过于保守了。研究发现,我们运用几何学方法思考那些看起来不像欧几里得空间的物体,甚至理直气壮地把它们称作“几何体”,这种大胆的做法,在我们理解相对时空几何学时,发挥了非常重要的作用。时至今日,我们在展望互联网前景时还会使用广义的几何学理论。几何学理论的变化更大,如果欧几里得重生,估计他也无法辨认,这就是数学了不起的地方。我们所定义的一系列概念,如果是正确的,即使它们被用到远远超出当初构建情境的更大范围中,也不会有问题。

我们再次以法诺平面为例,只不过把平面中的点用1至7这7个数字一一加以标记。

是不是感觉很熟悉呢?如果我们用其中的3个点代表这些直线,并把全部7条直线列出来,就会得到:(www.xing528.com)

124

135

167

257

347

236

456

它们正好是我们在上文中看到的7个数字构成的彩票号码组合,也就是可以保证至少获得最低奖金的号码组合。这似乎充满了神秘感,以至于我们会不由自主地想:什么样的人才能想出如此完美的彩票号码组合呢?

但是现在,我打开了盒子,让大家看到了其中的奥秘:一个非常简单的几何体。每对数字都会出现在一张彩票上,因为每对点只能出现在一条直线上。它还是欧几里得几何学,虽然我们所说的点与直线已经面目全非,可能连欧几里得本人也辨认不出来。

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