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第16章 数学教学的趣味运用推荐(10)

波沙想了一会儿,就知道这个题该怎么解了。只见他把爸爸、妈妈和埃杜斯先生面前的杯子都拿到自己的面前,说:“先生,比如说这几只杯子是50个。我把1和2这两个数放进第一个杯子,把3和4这两个数放进第二个杯子,这样两个两个地往杯子里放,最后把99和100两个数放进第50个杯子,我这样放可以吧?”

埃杜斯先生点点头。

小波沙又说:“因为你刚才说,要从里面挑出51个数,所以至少有一只杯子里的数全被我挑走,而连续两个自然数,当然就会互质了!”

埃杜斯先生问:“你为什么这么说两个连续的自然数会互质呢?”

波沙说:“两个相邻的自然数,一个是a,一个是b,它们如果不互质,那么它们俩就必然有大于1的公约数c,那c一定是b-a的约数。可是b-a又等于1,不可能有大于1的约数。既然不可能,那就说明两个相邻的自然数一定是互质的!”

埃杜斯先生感叹地说:“你答得真好啊!”

69.蜗牛何时爬上井

一只小蜗牛不小心掉进了一口枯井里,它趴在井底哭了起来。

一只青蛙爬过来,怪声怪气地对蜗牛说:“别哭了,小兄弟!哭也没有用,这井壁太高了,掉到这里,就只能在这儿生活了。我已经在这里过了好多年啦!”

小蜗牛望着又老又丑的青蛙,心想:“井外的世界多美呀,我可不愿意像它那样生活在又黑又冷的井底里!”

想到这儿,蜗牛对青蛙说:“青蛙大叔,我不能生活在这里,我一定要爬上去!请问这口井有多深?”

“哈哈……真是笑话!这井有10米深,你小小的年纪,又背着这么重的壳,怎么能爬上去呢?”

“我不怕!只要我每天爬一段,总能爬上去!”

第二天,小蜗牛吃得饱饱的,喝足了水,就开始顺着井壁往上爬了。它不停地爬呀!爬呀!一直爬到天黑,终于爬了5米。蜗牛高兴极了,心想:“照这样的速度,明天晚上我就能爬上去了。”想着想着,它不知不觉地睡着了。

第三天早上,蜗牛被一阵呼噜声吵醒了。一看,原来是青蛙大叔正呼呼大睡呢!蜗牛心里一惊:“我怎么离井底这么近?”原来,它睡着以后,从井壁上滑下了4米。小蜗牛叹了一口气,它咬紧牙又开始往上爬。它又往上爬了5米,可是晚上它又滑下了4米。爬呀爬……

小朋友你能给小蜗牛一点信心吗?告诉蜗牛,它前后用几天时间就能爬上井台呢?

70.九九歌

九九歌就是我们现在使用的乘法口诀。远在公元前的春秋战国时代,九九歌就已经被人们广泛使用。

在当时的许多着作中,都有关于九九歌的记载。最初的九九歌是从“九九八十一”起到“二二如四”止,共36句。因为是从“九九八十一”开始,所以取名九九歌。

大约在公元五至十世纪间,九九歌才扩充到“一一如一”。大约在公元十三、十四世纪,九九歌的顺序才变成和现在所用的一样,从“一一如一”起到“九九八十一”止。

现在我国使用的乘法口诀有两种,一种是45句的,通常称为“小九九”;还有一种是81句的,通常称为“大九九”。

关于九九歌,汉代燕人韩婴的《韩诗外传》中记载了这样一段故事:

春秋时期,齐桓公设立招贤馆征集各方面的人才,等了很久,一直没有人来应征。

过了一年后才来了一个老百姓,他把九九歌献给齐桓公。齐桓公觉得很可笑,就说:“九九歌也能拿出来表示才学吗?”

这个人回答说:“九九歌确实够不上什么才学,但是您如果对我这个只懂得九九歌的老百姓都能重礼相待的话,那么还怕比我高明的人才不会接连而来吗?”

齐桓公觉得这话很有道理,就把他接进了招贤馆。果然不到一个月,四面八方的贤士都接踵而至了。

71.整数的诞生

公共汽车上,有一位年轻的妈妈抱着她的小宝宝坐在车窗边,她正在教她的小宝宝数数呢。她伸出一个手指问:“这是几呀?”正在咿呀学语的小孩望了望妈妈,答道:“一”。妈妈伸出了两个手指问:“这是几呀?”小孩想了想答道:“二”。妈妈又伸出三个手指,小孩犹豫了好一阵,回答:“三。”再伸四个手指时,小孩答不出来了。在这个小孩看来,那些手指实在太多了,他已经数不清了。其实,能数到三,对一个黄口孺子来说,已经很不简单了。

要知道,学会数数,那可是人类经过成千上万年的奋斗才得到的结果。如果我们穿过“时间隧道”来到二、三百万年前的远古时代,和我们的祖先类人猿在一起,我们会发现他们根本不识数,他们对事物只有“有”与“无”这两个数学概念。

类人猿随着直立行走使手脚分工,通过劳动逐步学会使用工具与制造工具,并产生了简单的语言,这些活动使类人猿的大脑日趋发达,最后完成了由猿向人的演化。

这时的原始人虽没有明确的数的概念,但已由“有”与“无”的概念进化到“多”与“少”的概念了。“多少”比“有无”要精确。这种概念精确化的过程最后就导致“数”的产生。

上古的人类还没有文字,他们用的是结绳记事的办法(《周易》中就有“上古结绳而治,后世圣人,易之以书契”的记载)。遇事在草绳上打一个结,一个结就表示一件事,大事大结,小事小结。这种用结表事的方法就成了“符号”的先导。长辈拿着这根绳子就可以告诉后辈某个结表示某件事。这样代代相传,所以一根打了许多结的绳子就成了一本历史教材。

本世纪初,居住在琉球群岛的土着人还保留着结绳记事的方法。而我国西南的一个少数民族,也还在用类似的方法记事,他们的首领有一根木棍,上面刻着的道道就是用于记事的。

又经过了很长的时间,原始人终于从一头野猪,一只老虎,一把石斧,一个人……这些不同的具体事物中抽象出一个共同的数字“1”。数“1”的出现对人类来说是一次大的飞跃。人类就是从这个“1”开始,又经过很长一段时间的努力,逐步地数出了“2”、“3”……对于原始人来说,每数出一个数(实际上就是每增加一个专用符号或语言)都不是简单的事。

直到本世纪初,人们还在原始森林中发现一些部落,他们数数的本领还很低。例如在一个马来人的部落里,如果你去问一个老头的年龄,他只会告诉你:“我8岁”。这是怎么回事呢?因为他们还不会数超过“8”的数。对他们来说,“8”就表示“很多”。有时,他们实在无法说清自己的年龄,就只好指着门口的棕榈树告诉你:“我跟它一样大。”

这种情况在我国古代也曾发生并在古汉语中留下了痕迹。比如“九霄”指天的极高处,“九派”泛指江河支流之多,这说明,在一段时期内,“九”曾用于表示“很多”的意思。

总之,人类由于生产、分配与交换的需要,逐步得到了“数”,这些数排列起来,可得1,2,3,4……10,11,12……

这就是自然数列。

可能由于古人觉得,打了一只野兔又吃掉,野兔已经没有了,“没有”是不需要用数来表示的。所以数“0”出现得很迟。换句话说,零不是自然数。

后来由于实际需要又出现了负数。我国是最早使用负数的国家。西汉(公元前二世纪)时期,我国就开始使用负数。《九章算术》中已经给出正负数运算法则。人们在计算时就用两种颜色的算筹分别表示正数和负数,而用空位表示“0”,只是没有专门给出0的符号。“0”这个符号,最早在公元五世纪由印度人阿尔耶婆哈答使用。

到这时候,“整数”才完整地出现了。

72.关于十进制

我们每个人都有两只手,十个手指,除了残疾人与畸型者。那么,手指与数学有什么关系呢?

上篇开头讲的妈妈教孩子学数数时伸出了手指,大概所有的人都是这样从手指与数字的对应来开始学习数的。手指是人类最方便、也是最古老的计数器。

让我们再穿过“时间隧道”回到几万年前吧,一群原始人正在向一群野兽发动大规模的围猎。只见石制箭镞与石制投枪呼啸着在林中掠过,石斧上下翻飞,被击中的野兽在哀嚎,尚未倒下的野兽则狼奔豕突,拼命奔逃。这场战斗一直延续到黄昏。

晚上,原始人在他们栖身的石洞前点燃了篝火,他们围着篝火一面唱一面跳,欢庆着胜利,同时把白天捕杀的野兽抬到火堆边点数。他们是怎么点数的呢?就用他们的“随身计数器”吧。一个,二个……每个野兽对应着一根手指。等到十个手指用完,怎么办呢?先把数过的十个放成一堆,拿一根绳,在绳上打一个结,表示“手指这么多野兽”(即十只野兽)。再从头数起,又数了十只野兽,堆成了第二堆,再在绳上打个结。

这天,他们的收获太丰盛了,一个结,二个结……很快就数到手指一样多的结了。于是换第二根绳继续数下去。假定第二根绳上打了3个结后,野兽只剩下6只。那么,这天他们一共猎获了多少野兽呢?1根绳又3个结又6只,用今天的话来说,就是1根绳=10个结,1个结=10只。

所以1根绳3个结又6只=136只。

你看,“逢十进一”的十进制就是这样得到的。现在世界上几乎所有的民族都采用了十进制,这恐怕跟人有十根手指密切相关。当然,过去有许多民族也曾用过别的进位制,比如玛雅人用的是二十进制。我想,大家一定很清楚这是什么原因:他们是连脚趾都用上了。

我国古时候还有五进制,你看算盘上的一个上珠就等于五个下珠。而巴比仑人则用过六十进制,现在的时间进位,还有角度的进位就用的六十进制,换算起来就不太方便。英国人则用的是十二进制(1英尺=12英寸,1箩=12打,1打=12个)。

大家再动动脑筋,想一想,在我们的日常生活中还用到过什么别的进制吗?

73.谈记数法

我们再追溯到五千到八千年前看一看,这时,四大文明古国都早已从母系社会过渡到父系社会了,生产力的发展导致国家雏形的产生,生产规模的扩大则刺激了人们对大数的需要。比如某个原始国家组织了一支部队,国王陛下总不能老是说:“我的这支战无不胜的部队共计有9名士兵!”于是,慢慢地就出现了“十”、“百”、“千”、“万”这些符号。

在我国商代的甲骨文上就有“八日辛亥允戈伐二千六百五十六人”的刻文。即在八日辛亥那天消灭敌人共计2656人。在商周的青铜器上也刻有一些大的数字。以后又出现了“亿”、“兆”这样的大数单位。

而在古罗马,最大的记数单位只有“千”。他们用M表示一千。“三千”则写成“MMM”。“一万”就得写成“MMMMMM-MMMM”。真不敢想象,如果他们需要记一千万时怎么办,难道要写上一万个M不成?

总之,人们为了寻找记大数的单位是花了不少脑筋的。笔者幼时在农村读私塾,私塾先生告诉我们这些懵懂顽童:“最大的数叫‘猴子翻跟斗’”。这位私塾先生可能认为孙悟空一个跟斗翻过去的路程是最最远的,不能再远了,所以完全可以用“猴子翻跟斗”来表示最大的数。在古印度,使用了一系列大数单位后,最后的最大的数的单位叫做“恒河沙”。是呀,恒河中的沙子你数得清吗!

然而,古希腊有一位伟大的学者,他却数清了“充满宇宙的沙子数”,那就是阿基米德。他写了一篇论文,叫做《计沙法》,在这篇文章中,他提出的记数方法,同现代数学中表示大数的方法很类似。他从古希腊的最大数字单位“万”开始,引进新数“万万(亿)”作为第二阶单位,然后是“亿亿”(第三阶单位),“亿亿亿”(第四阶单位),等等,每阶单位都是它前一阶单位的1亿倍。

阿基米德的同时代人、天文学家阿里斯塔克斯曾求出地球到天球面距离10,000,000,000斯塔迪姆(1斯塔迪姆=188米),这个距离当然比现在我们所认识的宇宙要小得多,这才仅仅是太阳到土星的距离。阿基米德假定这个“宇宙”里充满了沙子。然后开始计算这些沙子的数目。最后他写道:

“显然,在阿里斯塔克斯计算出的天球里所能装入的沙子的粒数,不会超过一千万个第八阶单位。”如果要把这个沙子的数目写出来,就是10,000,000(100,000,000)7或者就得在1后边写上63个0:1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000。这个数,我们现在可以把它写得简单一些:即写成11063。而这种简单的写法,据说是印度某个不知名的数学家发明的。

现在,我们还可更进一步把这种方法推广到记任何数,例如:32,000,000就可记为3.2107,而0.0000032则可记为3.210-6。这种用在1与10间的一个数乘以10的若干次幂的记数方法就是“科学记数法”。这种记数法既方便,又准确,又简洁,还便于进行计算,所以得到了广泛的使用。

74.现代数学的三大难题

费尔马是法国数学家,生于1601年。他在法国杜鲁兹学习法律并以律师为职业,数学只是他的业余爱好。他的成就并不在于他曾经承办过什么惊天动地的大案要案,或是以他的能言善辩使某个死刑犯无罪开释。

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