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数学现实并不是“他们的”,而是你的。
无论你是否喜欢,你的头脑中都有一个这样的虚拟世界。
你可以对它视而不见,也可以问有关它的问题,但不可否认的是,它是你非常重要的一部分。
数学之所以如此引人注目,其中一个原因就是:
我们正在探索的是关于我们自身以及我们心智的行为方式的问题。
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01
数学现实,是另一个地方
很多不同的现实同时存在着,当然也包括我们自己生活在其中的物理现实。
还有那些与物理现实十分相似的想象世界……
我想谈谈一个不同的地方,我称它为“数学现实”。
在我的脑海里,一直有着这样的一个世界,各种漂亮的形状和模式四处飘动,并做着各种令人好奇、使人惊讶的事情,这些事情让我身心愉悦并陶醉其中。那真是一个神奇的地方,我很爱它!
事实是,物理现实是一场灾难。它太复杂了,任何事情都不是表面看上去的那样简单:其中的物体会热胀冷缩,原子会飞来飞去。特别是,没有任何东西能够在真正的意义上被度量。
与之相反,数学现实则是想象的产物。它可以像我想的那样简单精致,同时我能够拥有那些我在现实生活中不可能拥有的美好事物。
虽然我的手里永远不可能握着一个真正的圆,我的头脑中却可以装下一个这样的圆,而且我可以度量它。
数学现实是我自己创造的一个美丽仙境,我可以探索它、思考它,也可以和朋友们讨论它。
02
数学是一片无垠的丛林
数学现实就像一片无垠的丛林,其中充满了无数迷人的奥秘,但它绝不会轻易吐露其中的秘密。
让我们做好奋斗的准备吧,无论是智力方面,还是创造力方面。
事实上,我不知道还有哪一项人类活动对想象力、洞察力以及创造力有如此高的要求。
不过,无论怎样,我都要做这件事,因为我情不自禁要这样做。一旦走进这片丛林,你就再也不能真正地离开,它会让你魂牵梦萦、流连忘返。
我将假定你喜欢美好的事物,并且很想学习它们。在阅读的旅程中,你需要的只有常识和天生的好奇心。
因此,请放轻松。
艺术是用来欣赏的,而本书就是一本关于艺术的书。
数学并不是一次赛跑或竞赛,而是你在与自己的想象力玩耍。 愿你度过一段美好的阅读时光!
03
数学家在做什么:用树枝捅一下
对数学家来说,一个问题就是一次探索,就是对数学现实的一次测试,看看它会有怎样的性质。
用我们通常的话来说,就是“用树枝捅一下”,然后看看会发生什么。
面对某部分未知的数学现实,我们想知道它是怎样运作的,以及它为什么这样运作。因此,我们“捅”它一下,不过并不是用手或者树枝,而是要用我们的头脑。
什么是真的并不那么重要,重要的是为什么它是真的。只有知道了原因,我们才知道什么是真的。
这使得我们处于数学家们再熟悉不过的境地,即通常所说的被困住了。我们需要一种新的想法,最好是不那么依赖对称性的想法。
重要的是,千万不要害怕,所以我们可以尽情尝试一些很疯狂的想法,即使错了也没有太大的关系。
这样一来,我们就能够与前贤为伴了!阿基米德、高斯、你,以及我,我们都在摸索着穿越数学现实的道路,都想要理解其中正在发生的事情。
保持头脑灵活开放。让你的问题带着你走。要是你在丛林里遇到了一条河,那就沿着河岸继续走。
04
证明,就是一个故事
一个证明就是一个故事,问题的要素扮演其中的角色,而故事的情节则完全取决于你。
与任何虚构文学作品一样,我们的目标是写出一个叙事引人入胜的故事。
就数学来说,这意味着情节不仅要合乎逻辑,同时也要简单优美,没有人会喜欢曲折、复杂的证明。
毫无疑问,我们需要遵从理性前进,但同时我们也想被证明的魅力和美征服。一句话,证明既要漂亮,也要符合逻辑,两者缺一不可。
你和有经验的数学家之间的真正区别是,他们见过更多的自我欺骗的方法,所以他们会有更多的疑惑,并因此坚持更高标准的逻辑严密性。同时,他们也喜欢唱唱反调,提出一些质疑。
这就是数学中的“深海的眩晕”,潜水员看见了如此漂亮的景色,以至于忘记了换气。在数学中,逻辑就是我们的空气,呼吸则需要依靠缜密的推理,所以千万不要忘记呼吸!
解决一个问题最好的方法,就是找到一种根本不用解决这个问题的巧妙方法。这几乎是所有的数学家都公认的一项美学原则。
05
什么是度量
什么是度量?
在度量某个物体的时候,我们到底是在做什么?
我想是这样的:其实我们正在进行比较,比较正在度量的物体和用来度量的物体。
换句话说,度量是相对的。 我们所做的任何度量,无论是真实的还是假想的,都必然取决于我们所选定的计量单位。
不使用武断的单位、总是选择度量相对比例的好处是,这样做可以使得所有的问题与大小无关。对我而言,这是最简洁、最美观的方法。
人们将形状装在各自的大脑中,在这样的情形下,我真的没有看出还有任何其他选择的余地。难道在你头脑中的圆要比我头脑中的圆大或者小?这个问题有任何意义吗?
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《这才是数学》
作者:[美] 保罗·洛克哈特(Paul Lockhart)
译者:王凌云
全书从“度量”切入,将数学视作艺术而非应试学科,展现数学的结构与美感,示范“真正的数学”如何学、如何教。
中国科学院院士汤涛、美国国家科学院院士巴里·马祖尔、《微积分的力量》作者史蒂夫·斯托加茨等一致推崇
作者为美国哥伦比亚大学博士,先后任职伯克利分校数学科学研究中心、布朗大学等学校。从事数学教育26年。
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