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第1章 数学殿堂(1)

著名的“蒲丰试验”

蒲丰是法国著名的数学家,一天他请了许多朋友到家里,做了下面这个试验。蒲丰先在桌子上铺了一张大白纸,白纸上画满了等距离的平行线,然后他拿出很多等长的小针,小针的长度都是平行线的一半。蒲丰让朋友们把这些小针随便往白纸上扔,最后的统计结果是:大家共扔了2212次,其中小针与纸上平行线相交了704次,2212÷704≈3.142。蒲丰说:“这个数是π的近似值。每次实验得到的数据处理后都会得到圆周率的近似值,而且投掷的次数越多,求出的圆周率近似值越精确。”这就是著名的“蒲丰试验”。

阿拉伯数字的创造

阿拉伯数字是阿拉伯人创造的吗?其实阿拉伯数字源于印度,早在公元500年前,印度次大陆北部旁遮普地区的数学一直处于领先地位,当地天文学家发明了数字符号和数的表示方法,这就是阿拉伯数字的先祖。两百年后,阿拉伯人汇集巴格达,逼迫印度北部的数学家教会他们数学符号及计算方法。后来,经阿拉伯人传播到世界其他地方,所以称阿拉伯数字。

阿拉伯数字风靡世界

人们从远古时期就开始使用数字,古代除了阿拉伯数字,还有罗马数字、希腊数字,但今天为什么世界各国都采用阿拉伯数字呢?阿拉伯数字之所以风行全世界,是因为它写起来既省时间又省空间,而且计算非常方便。而罗马数字和希腊数字书写繁难,所以,后人很少采用。如罗马数字III=3,IV=4,VI=6,XIX=19,XX=20,XLV=45,MCMXXC=1980。因此,从公元7世纪开始,阿拉伯数字随着阿拉伯人的扩张传播到世界各国,并逐渐被人们认可,最后成为全球通用的数字。

数字的家族有多大

你知道吗,数字也有家族。数字的家族中有哪些成员呢?我们常见的有正数、负数、正整数、负整数、自然数、整数、分数、假分数、带分数、小数、循环小数、无限循环小数、无限不循环小数、有理数、无理数、素数、合数、平方数、圆周率、实数、复数等。其中纯小数、带小数、完美数、友好数、费马数、四元数、超复数等,是随着科学的发展不断发现的。虽然现在数的家族已很庞大,但它还是一个生生不息的繁衍群体,不断产生新的成员。

顺时针排列的表盘数字

钟表上开始的时刻为什么在钟表的上方呢?时刻数为什么按顺时针排列呢?其实这都与日晷投射在地上的“影子指针”相似。日晷又称“日规”,是我国古代用日影测时间的一种计时仪器。日晷由铜制的指针和石制的圆盘组成,圆盘上12个格分别代表24小时。太阳的东升西落,使它投射在日晷上的影子由西向东移动,所以日晷上的数字排列也是如此。现代时钟表面上的数字排列,正是沿用了这种排列方式。

黄金分割的由来

数学家法布兰斯在13世纪写了一本关于一些奇异数字组合的书。这些奇异数字的组合是1、1、2、3、5、8、13、21、34、55、89……任何一个数字都是前面两个数字的总和,即2=1+1、3=2+1、5=3+2……这些数字很神秘。因为人们发现向日葵花有89个花瓣,55个朝一方,34个朝向另一方。而55÷89=0.618,34÷55=0.618,真是一组神奇的数字,后来人们就把0.618叫做黄金分割率。

美丽的黄金分割

黄金分割,也称中外比,是一个数学术语,数值为0.618∶1,由于按此比例设计的造型十分美丽,因此称为黄金分割。世界上许多国家的国旗上都有五角星,就是因为五角星符合黄金分割的比率。另外,希腊雅典的帕撒神农庙、《蒙娜丽莎》、《最后的晚餐》中也都应用了黄金分割。

四年过一次生日的原因

有人好几年过一次生日,你知道这是为什么吗?这与闰年有关。闰年是指在公历或农历中有闰日的年份,以及在中国农历中有闰月的年份。由于地球绕太阳转一周需要365天5小时48分46秒,比公历的平年365天多5小时48分46秒,四年累积起来约多一天,多一天的这一年就为闰年,因此每四年就有一个闰年,闰年为366天。所以在闰年多出来的这一天出生的人,四年之后才能再过一次生日。

神奇的三位数

三位数表面看很普通,但它却有一个神奇的特点,它神奇在哪呢?让我们一起来做一个三位数的游戏吧!你任意写下一个三位数,再在原来这个数的后面续写上这个数,用所得的这个六位数除以7,再除以11,然后再除以13,这时你会发现,结果还是原来的三位数。这其中的规律就是:六位数是由原来的三位数乘以1001得到的,而1001是7、11、13的连乘之积,所以这个六位数连续除以7、11、13后就得到原来的三位数。

聪明的高斯

考试中如果出这样一道数学题“1+2+3+…+100=?”你能快速把它算出来吗?你可千万不要依次相加算出答案,因为这样不仅难以计算,而且也很浪费时间。要记住:数学计算也是有简便方法可寻的。德国著名数学家高斯在10岁的时候,就已经想出了最简单的计算方法。当时,高斯在很短的时间内就算出了答案,让老师和同学们感到很吃惊。高斯发现,这100个数按次序把头尾两个数相加的和都是101,即1+100=101,2+99=101……这样共有50对101,于是他便很快得出和为5050。

一千克不等于一斤

买东西的时候,经常会用到“千克”和“斤”这样的单位,千克和斤一样吗?一千克等于一斤吗?其实,1千克并不等于1斤,而是等于2斤。千克是世界公用的重量单位,而斤是中国常用的重量单位,斤又叫“市斤”,我们千万不能混淆。

怎样计算水的体积

我们在计算固体体积的时候,通常要测量出物体的长、宽、高,然后再去求物体的体积。但是水是一种没有具体形状的物质,因为它的流动性,我们无法按常规计算出它的体积。那么,怎样才能计算出水的体积呢?要计算水的体积,只需把水装进容器内,然后计算出容器的体积,水的体积就等于容器的容积。

下水道盖是圆形的原因

我们看到大街上的下水道盖通常都是圆形的,为什么要把下水道盖做成圆形的,而不把它做成方形的呢?原来,把圆盖放到井口时,无论怎么放,圆盖的任何直径都大于放它的井口,井口的直径都是稍小的,盖子不会掉下去。如果用方盖,方盖的任何一边都比对角线短,当盖子立起时可能会掉下去。所以,在井盖发生移动的时候,只有圆形的井盖最安全,对在井下操作的工作人员是安全的。而且圆形最省材料,用同样的材料做出的井盖,圆形的面积最大。

车轮是圆形的原因

我们见到的自行车、马车、汽车、火车及其他一些车辆,它们的车轮都是圆形的,为什么要把车轮设计成圆形而不是椭圆形的呢?这是因为圆形的车轮,中心到圆周的距离相等,高度对称,受力均匀,有利于稳定行车。而且圆形的车轮滚动摩擦的摩擦系数小,直接提高了劳动效率,载物量大并且省力。

十进制计数的产生

我们在计算的时候,都采用满十进一的方法,为什么要采用这种计算方法呢?这是因为在生产力十分低下的远古社会,古人要数自己猎物的个数时,必须用木棒、石头来表示,这样用具体事物来表示个数十分麻烦。后来经过反复的经验总结,发明了十进制,这种计算方法简便易算,大大减少了计数的不便和计算的繁琐,只用10个简单的阿拉伯数字和表示位数的数位就可以明白简洁地进行计算。这种计数方法一直沿用到今天。

长度单位“米”的来历

想知道物体的长度,往往需要借助尺子来测量,尺子上的刻度能帮助我们准确无误地量出物体的长度,这些刻度代表的就是长度单位。最初的长度单位是“米”,是1790年5月由法国科学家特别委员会提出的,当时建议以通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为1米,第二年这一建议得到法国国会的批准。后来,各国都相继采用“米”作为长度单位,再后来,“米”又被精确地划分为分米、厘米、毫米、微米等更小的单位。

用影子测金字塔

埃及有举世闻名的金字塔,一直以来,金字塔都是人们心中的一个不解之谜。在生产力还很低下的古埃及,怎么会出现如此宏伟壮观的建筑呢?长期以来,面对巨大的金字塔,人们无法测量它的高度。后来,古希腊的自然科学家、哲学家泰勒斯终于用影子测出了金字塔的高度,他的计算方法是:在人影的长度等于人的实际高度时去测金字塔的影子的长度,然后按照比例计算金字塔的高度。泰勒斯的测量方法得到了人们的认可。

人脑与电脑的竞赛

1981年印度举行了一场心算比赛。表演者是印度一位37岁名字叫沙贡塔娜的妇女。她与一台先进的电子计算机展开竞赛。当工作人员写出一个201位的大数,让求这个数的23次方值时,沙贡塔娜以惊人的心算能力,只用了50秒钟就向观众报出了正确的答案。而计算机在输入两万条指令后,才能进行计算,花费的时间比沙贡塔娜多得多。这一奇闻引起了轰动,从此,沙贡塔娜被称为“数学魔术家”。

三脚架的妙处

日常生活中,我们能看到许多物体都采用三脚架来做支架,如摄像机、望远镜、架子鼓等。为什么使用三脚架而不使用其他形状的架子呢?这与三角形的稳固性有关,因为三角形由三条边组成,每条边对应一个角,边的长度决定角的大小,边和角的关系很固定,三角形的形状不易改变。而其他多边形一边可能对应几个角,角的变化可能引起边的变化,边的变化可引起图形的变形,所以是不稳定的。使用三脚架正是因为它具有三角形的稳固性。

放大镜能把角放大吗

你用过放大镜吗?知道它的神奇之处吗?我们拿来一个东西,用放大镜一照,哇,真神奇,放大镜怎么能把小小的东西变成比原来大好几倍呢?可是放大镜虽然很有本领,但却不能把几何中的“角”放大,这是为什么呢?原来,角是由两条射线组成的,两条射线的张开角度决定角的大小,如果把角放在放大镜下,虽然两条射线被放大变长,但两条射线的张开角度并没有发生位置的改变,所以角不会变大。

六边形的奥秘

日常生活中见到的物体,大多数都是由三角形、四边形组成的,由六边形构成的物体并不常见。但如果仔细观察,你仍然会在生活中发现六边形图形的奥秘。比如,蜂窝就是由许许多多的六边形组成的。六边形是很规则的图形,六边形和六边形之间能够紧密地排列在一起。蜜蜂把窝筑成六边形,是为了充分利用空间和材料,蜂窝是蜜蜂智慧的结晶。

圆筒装液体的秘密

在市场中,我们看到很多液体都是用圆柱体的容器来装。用圆柱形容器装液体的好处在于,相同容积的圆柱体容器和其他形状的容器相比,表面积是最小的。所以,用圆柱体容器来装液体,可以降低容器的造价,做到经济实惠,商家选择圆柱体容器,正是考虑到他们的经济效益,降低了生产成本。

0比1出生的早吗

在数字的排列中,0总是排在1、2、3、4、5、6、7、8、9的前面,难道0比其他数字出生的早吗?答案是相反的。其实0的出生远远落后于其他九个数字,最初,人们并不会写0。因为数字是在数数的基础上发展起来的,人们数数都是从1开始,这是因为1的前面没有东西,常常不用数,所以人们的头脑中根本没有0的概念,0这个数字也是不存在的。后来人们逐渐发明了数位和0,从这以后,0才加入数字的行列。

0有意义吗

我们从小就经常用1、2、3等来表示具体的个数,用0来表示什么都没有。那么0是一个没有意义的数字吗?其实,0不但有意义,而且它是意义最丰富的数字符号。“0”可以表示没有,也可以表示有。如我们每天看天气预报都会听到0℃,家里用的体温计上也标有0℃,午夜12时常会说零,但这并不能说零度就是没有温度,零点就是没有时间。再如,任意一个数和0相乘都会变成0,可见0的威力是多么的大,所以我们可不能小看0。

日地距离有多远

通常,我们在量两个物体之间的距离时,常用“米”、“千米”来表示,当两物体之间的距离特别大的时候,比如天体之间的距离,我们是无法用尺子量出来的,即使量出来,数字也大的惊人,写起来、读起来并不容易。针对这种情况,科学家发明了光年,光年指的是光线一年在真空中走过的距离。因此,日地距离就可以用光年来表示。

有趣的勾股定理

在数学中,“勾三股四弦五”指的就是勾股定理,最早在埃及出土的文物中发现了15组勾股数,后来中国的商高正式提出勾股定理,最后古希腊的数学家毕达哥拉斯于公元前550年给出了证明。我国至今可查的有关勾股定理的最早记载,大约是公元前1世纪前后成书的《周髀算经》,比毕达哥拉斯早发现500多年。勾股定理是指:在任何一个直角三角形中,两条直角边的平方和一定等于斜边的平方。直角三角形两直角边,即“勾”、“股”,斜边,即“弦”。这个定理在中国称为“商高定理”,在外国称为“毕达哥拉斯定理”。据说毕达哥拉斯发现了这个定理后,斩了一百头牛庆祝,因此又称“百牛定理”。

著名的哥德巴赫猜想

“哥德巴赫猜想”是德国数学家哥德巴赫在1742年写给著名数学家欧拉的一封信中提出的两个大胆猜想:任何不小于6的偶数,都是两个奇质数之和;任何不小于9的奇数,都是三个奇质数之和。这就是数学史上著名的“哥德巴赫猜想”。比如,6=3+3、8=3+5、10=5+5…100=3+97=11+89=17+83…在这些具体的例子中,哥德巴赫猜想都是成立的。

1加1等于2吗

1加1等于2,这是我们从小就知道的。但是1加1真的等于2吗?其实,1加1等于2是相对的。如:1立方厘米的水中加1立方厘米的煤油后体积不等于2立方厘米。再如:一般的计算法是用10进位,由10个阿拉伯数字(0123456789)组成。但电脑的计算法却是用2进位,只用2个数字(0和1),因此1+0=1,但1+1=10,10+1=11,10+

10=100。可见,1加1并不是永远等于2。

没有数学奖的诺贝尔奖

诺贝尔奖是以著名科学家诺贝尔的名字命名的。诺贝尔奖项中有物理奖、化学奖、生理学奖、医学奖、文学奖等奖项,但唯独没有数学奖,诺贝尔为什么不奖励数学家呢?史学家们认为诺贝尔忽视数学,是受他所处的时代和他的科学观的影响。诺贝尔16岁时终止了学校教育,跟从一位俄罗斯化学家学习,一直把注意力倾向化学领域,因此忽视数学也不难理解。另外诺贝尔女友和一位数学家私奔一事让诺贝尔一直耿耿于怀,也可能是这件事让诺贝尔把数学排除在诺贝尔奖项以外。

为什么时间是60进制

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