“哪里有数学,哪里就有美”。用善于发现美的眼睛,去发现数学的美妙之处、神奇之处。让更多的人发现数学并不是大家印像中的如此枯燥和古板的,数学也可以很活泼很美妙,数学是一个奇幻的世界[5]。以往的美一般被概括为社会美、自然美、艺术美以及形式美,然而,科学发展到今天,另一种美也是存在的,那就是——科学美,本文所讨论的数学美则是科学美的其中一种表现形式。
本文将叙述数学中的简洁美、和谐美、符号美、对称美、奇异美、抽象美。研究数学中的美,能使我们感受其中的神韵,提高我们对数学学习的兴趣,从而培养良好的数学思维,提高数学素养,使我们更加热爱数学,热爱科学。[3]
1 数学的简洁美
世事再纷繁,加减乘除算尽;
宇宙虽广大,点线面体包完。
简简单单22个字,却准确无误的指出了数学的简洁之美,数学就如同这诗歌,也有着独特的一种简洁美。生活中一个复杂繁冗的问题,也许放到数学中就能变得简单易懂,数学的这种简洁美给人一种精神上的美的享受。
1.1 数学语言的简洁美
数学语言一般要求简单明了,浅显易懂,这一点在数学解答与证明就能够很好的体现。例如著名的勾股定理,能够证明的方法有几百种,但是数学中在证明时选择了最简单明了的方法,该证法不仅满足简胜繁汰的法则,而且还能给人一种美感。
符号语言是数学中通用的且特有的简洁语言,一般可分为三种:象形符号、缩写符号、约定符号[2]。例如△、⊥、∠等都属于象形符号,是原形的压缩改变;函数f(function)、正弦sin(sine)、最小min(minimal)等属于缩写符号;而运算符号+、-、×、&pide;、大于(>)、小于(<)、相似(∽)等属于约定符号,是约定俗成的符号。
图表语言是指包含一定数学信息的各种图或表格,可细分为图形语言、图像语言以及格表语言,它们都是数学形象思维的媒介和载体,也是重要的表现形式。
在解答生活中的问题时,首先转化为简洁的数学问题,然后做出解答,例如最常见的“相遇问题”:
例1.1.1 小明和小丽分别从甲乙两地出发,相向而行,若两人同时出发,小明每小时走52千米,小丽每小时走70千米,一段时间后在A点相遇;若小明以每小时52千米的速度先出发,4小时后小丽以每小时90千米的速度出发,两人仍在A点相遇。问甲乙两地相距多少千米?
在解决这种实际问题时,如果不用数学的语言来表示,往往很难得出答案。那么我们首先将题目转化为数学的语言——线段图(图1),实际问题瞬间变得一目了然,简单易懂了。
然后根据线段图来设未知量,找等量关系,再“对号入座”列出方程,那么解决问题就是轻而易举的事了。
解:设小明提早4小时出发,x小时后两人相遇。
4×52+52x+90x=52(x+4)+70(x+4)
解得 x =14
那么距离为52(x+4)+70(x+4)=2196
答:甲、乙两地相距2196千米。
数学就是这么神奇,将一个复杂的实际问题,经过寥寥数行就解决了。简洁的语言魅力吸引着越来越多的人来投入到数学的研究中。
从开始学会数数起,人们就与阿拉伯数字密不可分了,简单的十个数字经过组合表示了不同的数,代表了不同的含义,“2”表示两只苹果、两辆车……也表示排列顺序:第二名、第二行……通过列方程的方法,可以更加简便地解决需要具体思考分析、不易列式解决的许多难题[4];数学中还用字母来表示某些事物的意义,比如可以表示速度、时间与路程的关系;也可以表示工作效率、工作量、工作时间的关系;还可以表示销售营业额、单价、销售量的关系;也可以表示一条直线……数学是多么的简洁多么神奇。