數學教學的趣味之謎設計-TXT下載 黎曼,希爾伯特,龐加萊-線上免費下載

時間:2018-03-01 00:51 /青春小說 / 編輯:李昕
《數學教學的趣味之謎設計》由秦 贇 閆 森所編寫的教材、教育理論、教輔教材型別的小說,主角希爾伯特,黎曼,阿貝爾,情節引人入勝,非常推薦。主要講的是:韋達定理是以16世紀法國數學家韋達的名字命名的。韋達定理透過揭示多項式忆與係數的關係反映了多項式

數學教學的趣味之謎設計

小說朝代: 現代

閱讀指數:10分

作品歸屬:男頻

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《數學教學的趣味之謎設計》精彩章節

韋達定理是以16世紀法國數學家韋達的名字命名的。韋達定理透過揭示多項式與係數的關係反映了多項式的問題的基本特徵,是多項式理論中的關鍵定理之一。在中學階段學生們比較熟悉的是關於二次多項式的韋達定理,即對於ax2+bx+c(a≠0)來說,若它的兩個是x1和x2,則x1+x2=-ba,x1x2=ca。利用這種關係可以不初忆而直接用係數表達出關於x1、x2的某些對稱式的值,比如:

1x1+1x2=x1+x2x1x2=-baca=-bc等。

韋達在三角學、代數學上也頗多建樹,特別在代數符號系的建立上有突出貢獻。

83三角函式表的來歷

早期的三角學是伴隨著天文學而產生的。大家熟知,把周角分成360等份,每一份就做1度的角。這種做法起源於古代巴比人。他們為了建立曆法,把圓周分成360等份,就相當於把周角分成360等份。為什麼要把圓周分成360等份?有幾種解釋。有人認為巴比人最初以360天為一年,將圓周分為360等份,太陽就每天行一“等份”。另一種意見認為巴比人很早就知每年有365天,所以上面的說法是不可信的。較多的數學史家認為,比較起來,下面的說法似乎更有理。在古巴比時代,曾有一種很大的距離單位——巴比裡,差不多等於現在的英里的7倍,由於巴比裡被用來測量較的距離,很自然,它也成為一種時間單位,即走一巴比裡所需的時間。來,在公元1000年內,當巴比天文學達到了儲存天象系統記錄的階段時,巴比“時間裡”,就是用來測量時間短的。因為發現一整天等於12個“時間裡”,並且一整天等於天空轉一週;所以,一個完整的圓周被分成12等份。但是為了方起見,把巴比“時間-裡”分成30等份,於是,把一個完全的圓周分為12×3=360等份。

來,每一等份成了“度”。“度”是來自拉丁文,原來是“步”、“級”的意思。

三角學的最早奠基者是古希臘天文學家依巴谷。為了天文觀測的需要,他作了一個和現今三角函式表相仿的“弦表”,就是在固定的圓內,不同圓心角所對弦的表。相當於現在圓心角一半的正弦線的兩倍,可惜這表沒有儲存下來。

托勒玫是古代天文學的集大成者。他繼承、發展了賢特別是依巴谷的成就,彙編了《天文集》。按照托勒玫的說法和用法,依巴谷採用了巴比的60位制:把圓周分為360°,從而圓弧所對的圓心角就有了度量;把半徑分成60等份,這樣就可用半徑的多少等份來表示圓心角所對的弦,即用半徑的160作為度量弦的單位。例如60°角所對的弦就是圓內接正六邊形的一邊之,應該是60個單位,相當於現在30°角的正弦是12;90°角所對的弦是圓內接正方形一邊之,應該是602個單位。

為了提高計算弦的精確程度,托勒玫把半徑分為60等份,又把每一份分為60小份,每一小份再按60位制分為更小的份,以此類推。把這些小份依次做“第一小份”、“第二小份”。來“第一小份”成了”分”(minute),“第二小份”成了“秒”(second),這就是“分、秒”名稱的來源。現在英文裡minute這個字仍然有“分”和“微小”兩種意義,Second這個字有“秒”和“第二”兩種意義。

用“°”“′”“″”表示度、分、秒,是1570年卡拉木開始的。這已在托勒玫之1400年了。

托勒玫是在托勒玫定理的基礎上,按下面方法造出弦表的。

如圖,先取以AD為直徑的特殊的內接四邊ABCD。設AD、AB、AC已知,則CD、BD利用股定理很易出。這樣,圖中6個度已知5個,故利用托勒玫定理可出第六個度BC,但BC=AC-AB,所以若兩弧的弦是已知時,可算出兩弧之差的弦。托勒玫還指出怎樣從圓的任意一給定的弦,出相應半弧所對的弦;怎樣從AB的弦和BC的弦,出AC的弦,實質上托勒玫已經得到與下列公式

sin2x+cos2x=1,

sin(x-y)=sinxcosy-cosxsiny,

cos(x+y)=cosxcosy=sinxsiny,

sin2x2=12(1-cosx)

等價的關係。

托勒玫利用圓內接正五邊形和正十邊形的邊推導對36°弧和72°弧的弦;從72°弧的弦和60°弧的弦,利用差角公式算出對12°弧的弦;從12°弧的弦平分數次得出對(34)°弧的弦。因此,他能給任一已知弦所對的弧加上(或減去)(34)°弧,計算這樣兩段弧之和(或差)所對的弦值。這樣他能算出兩個相差(34)°的所有弧所對的弦值。來,他利用不等式來推理,得出了從0°到90°每隔半度的弦表。這就是第一個三角函式表。

公元5世紀印度數學家阿利耶毗陀對三角學貢獻很大,製作了一個正弦表。他依照巴比人和希臘人的習慣,將圓周分為360度,每度為60份,整個圓周分為21600份,再由2πy=21600,可得半徑λ=3437746(他知圓周率π的近似值31416,人們推測這是從中國流傳到印度的)。略去小數部分,取近似值λ=3438,依此計算第一象限內每隔3°45′的正弦。他的方法是用股定理算出特殊角30°,45°,60°,90°的正弦,如sin30°=1719個單位,sin45°=2431個單位(這裡把λ作為3438個單位),然再用半形公式計算較小角度的正弦。

印度人的正弦表比希臘人的弦表有所改,他們是計算半弦(相當於現在的正弦線)而不是全弦的

本來,在印度文中,半弦是獵人的弓弦的意思。來印度的書大量譯成阿拉伯文,輾轉傳抄,意思搞錯了。12世紀時,義大利人柏拉圖又將這個字譯成拉丁文“sinus”,它和當初印度人弓弦的意義已相差很大。

1631年鄧玉函和湯若望等人編的《大測》一書,將sinus譯為“正半弦”和“半弦”,簡稱為“正弦”,這是我國“正弦”這一術語的由來。

中亞西亞的著名天文家阿爾·巴坦尼在三角方面也有很大貢獻,他曾著《星的科學》一書,書中有很多三角內容。

阿爾·巴坦尼樹立一杆子在地上,初留影b,以測定太陽的仰角。影b的拉丁譯名做“直影”,而在牆上的杆子投影在牆上的影“反影”。“直影”成“餘切”,“反影”成正切。公元920年左右,阿爾·巴坦尼造出自0°到90°每相隔1°的餘切表。

,中亞西亞的另一位著名天文學家、三角學者阿布林·威發計算了每隔10′的正切表。14世紀末葉,貼木兒帝國的兀魯伯(貼木爾的孫子)在撒馬爾罕建立一座當時世界上規模最大的天文臺。他聚集了100多名學者,組織無與比的天文觀測和數學用表的計算。他造了0到45°之間每隔1′、45°到90°之間每隔5′的正切表。

14世紀時,歐洲早期的三角學者、英國人布拉瓦丁開始將正切和餘切引入三角計算中。

16世紀時,偉大的天文學家蛤百尼的學生利提克斯見到當時天文觀測益精密,迫切需要推算詳西的三角函式表,並花費了大量時間來推算正弦、正切及正割表。可惜,他未能在生完成,直到1596年才由他的子完成,公佈於世。

現代三角函式表是來經過多次改、演而成的。

84神奇的黃金分割是如何發現的

“黃金”象徵著貴重,黃金分割有著廣泛的應用。畢達拉斯學派對五星圖懷有特別的敬意,他們把五星圖作為學派的章。傳說,他們有條“幫規”,凡畢氏學派成員都要佩帶五星圖的紀念章,人們推測,可能是因為他們掌了正五邊形和五星圖的作圖方法引以自豪。

畢氏學派在研究五星圖的過程中,發現了五星圖的一種奧秘:在正五邊形中,相鄰點的兩條對角線(也就是五星圖的兩條邊)互相將對方分割成一一短兩部分,它們足一種和諧的關係式:

全線段:較的=較的:較短的,而且較的一段正好等於正五邊形的邊

如圖:AC與BE相於G,互相將對方分割成一一短兩部分,我們不難看出:

△AEB~等△FEA

∴EB∶EA=EA∶EF

又因為EA=EG,EF=GB

∴EB∶EG=EG∶GB

同理可證CA∶CG=CG∶GA

這樣,畢氏學派發現了線段的一種“奇妙分割”法,如圖,線上段AB上取一點P,把AB分成AP、PB兩段,且

AB∶AP=AP∶PB

他們採用如下幾何方法將線段AB行這種分割:

以AB為一邊作正方形ABCD(如圖),取AD的中點為E,延DA至F,使EF=EB。作正方形AFGP,則點P即為所的“奇妙分割”的分點(讀者不難自己證明)。

數學史家推測,畢氏學派畫五星圖就是以這種“奇妙分割”作依據的。

大約在畢達拉斯之150多年,古希臘數學家歐多克斯入研究了上述“奇妙分割”。歐多克斯是柏拉圖的學生,對天文、幾何、醫學和法律等方面都做出不少貢獻。在數學方面,他最大的功勞是,創立了比例論。歐幾里得《幾何原本》第五卷《比例論》大部分是引用了歐多克斯的成果。歐多克斯的比例論完全排除了畢達拉斯的限制,把可公度線段的比與不公度線段的比都包括在內。他從比例論的角度研究畢氏學派的“奇妙分割”,並把這樣分割中較短線段與較線段之比做“中外比”。因為點P將AB分成兩部分,其中較部分是全線段與較短部分的比例中項。歐多克斯發現這種線段之間的中外比例關係存在於許多圖形中。最有趣的是,五星圖中的每一條線段,都跟比它稍的那條線段形成“中外比”。歐多克斯避免把無理數當作數,他不用數表達比。對於線段度、角的大小及其他的量和量的比,都避免給予數值。因此,他沒有給出“中外比”的數值。

文藝復興時期的歐洲,由於繪畫藝術的發展,促了對“奇妙分割”的研究。當時,出現了好幾位兼幾何學家的畫家,著名的有帕奇歐里、丟勒、達·芬奇等人。他們把幾何學上圖形的定量分析用到一般的繪畫藝術,從而給繪畫藝術確立了科學的理論基礎。

1525年丟勒制定了一種繪圖的比例法則,其間揭示了中外比在繪畫中的重要地位。丟勒認為,在所有矩形中,短邊與足中外比的矩形最美觀。因為這樣的矩形,“以短邊為邊,在這個矩形中分出一個正方形,餘下的矩形與原來的矩形相似,仍是一個從中外比的矩形”,這使人們產生一種“和諧”的覺。帕奇歐里首先把“中外比”稱為“神聖比例”。並在1509年出版的《神聖比例》一書中論述了它,中外比被披上了神秘的外來達·芬奇把欣賞的重點轉到使線段構成中外比的分割,而不是中外比本,提出了“黃金分割”這一名稱。

黃金分割中的分點做“黃金分割點”。“中外比”又“黃金比”,從古希臘直到現在都有人認為這種比例在造型藝術中有美學價值。如工藝美術或用品的和寬的設計中常用這比例,舞臺上的報幕員站在舞臺寬度的黃金分割點的位置時最美觀、最佳;古代的不少建築物,其高與寬的比也是黃金比。在中世紀,黃金比被作為美的信條而統治著當時歐洲的建築和藝術。

自從無理數被確認,人們有可能給出黃金比的數值。

設AB=l,AP=a,則PB=l-a

∵ABAP=APPB,∴la=al-a

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數學教學的趣味之謎設計

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作者:秦 贇 閆 森 型別:青春小說 完結: 是

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