一天,他在路边捡到一个鸡蛋,他非常高兴,捧着鸡蛋就在脑子里就盘算开了:“我借别人的母鸡把这个蛋孵成小鸡,等小鸡长大了,就可以生蛋,我再把生的蛋孵成鸡,这些鸡又可以生更多的蛋,蛋又可变成更多的鸡……过不了几年,我就可以把蛋和鸡去换许多钱,然后可以盖新房,还可以娶个漂亮媳妇,生儿育女……”
他越想越高兴,不禁得意忘形手舞足蹈,忽听“啪”的一声,鸡蛋掉在地上,碎了!懒汉看着摔碎了的鸡蛋,放声痛哭:“哎呀,我的宝贝!我的房子呀!”
上面这则笑话流传已久,对我们很有教育意义,然而恐怕谁都没有认真计算过:如果鸡蛋没有打碎,几年后这个懒汉究竟有多少只鸡,多少个蛋呢?
不过,公元1202年,一位意大利比萨的商人斐波拉契(约1170~1250年)在他的《算盘全书》(这里的“算盘”指的是计算用沙盘)中提出过一个“养兔问题”,却被无数人算过。这道题说的是:
某人买回一对小兔,一个月后小兔长成大兔。再过一个月,大兔生了一对小兔,以后,每对大兔每月都生一对小兔,小兔一个月后长成大兔。如此下去,问一年后此人共有多少对兔子?
你能算清吗?不少同学恐怕看完题就已经动手算了,而且很快就算出了答案。不过对不对可不敢保证。说实在的,这题要算对并不那么容易,这可要不慌不忙细心地算才行。
通常可以列一个表来算这个题:
填了几行后,你就可以总结出几条结论:
(1)每个月的大兔子数就是上个月的兔子总数。(因上个月的小兔这个月都长成大兔)
(2)每个月的小兔子数就是上个月的大兔数。(因上月大兔子这个月都需生一对小兔,而上个月的小兔这个月长成大兔但不生兔子。)由(1)可知:每月小兔数就是前月的兔子总数。
(3)每月兔子总数是当月大、小兔子数的和。由(1)、(2)知每月兔子数就等于上月与前月这两个月兔子数的和。
若记第n个月的兔子数为fn,就有
f0+f1=f2,f1+f2=f3,f2+f3=f4……
一般的,有fn-2+fn-1=fn。有了这个规律,填这个表就很容易了。
你看,养一对兔子,一年之后就会发展壮大成了一个养兔场了。
按这个规律,可以把兔子数一直写下去:
1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610……
这样得出的一列数就称为“斐波拉契数列。”
波兰数学家史坦因豪斯在其名着《数学万花筒》中提出一个问题:
一棵树一年后长出一条新枝,新枝隔一年后成为老枝,老枝又可每年长出一条新枝,如此下去,十年后新枝将有多少?
这恰好也可以得到“斐波那契数”。
人们从“斐”数出发得到了很多有益的和有趣的结果。比如“斐”数与黄金分割(0.618)的关系,直到现在还在优选法和运输调度理论中起着基本原理的作用;又如种向日葵的农场主在葵花籽的分布规律上发现了“斐”数,乃至好多植物的花瓣叶序上发现的“斐”数奇观形成了至今未解的“叶序之迷”。可见一个“养兔问题”竟揭示了大自然的一个普遍存在的奥秘。
43.香案
这年,雅典的好些地方流行伤寒症,瘟疫夺去了许多人的生命。劳动群众灾难深重之时,正是财主老爷发财致富之日。赫良辛想出了个馊主意,他把农奴们召集到广场的神庙前。
“阿婆罗神降旨啦!”赫良辛眨眨眼睛,挺挺胸脯,扯着嗓子喊了起来。原来,雅典人信神,这里讲的“阿婆罗神”是专管艺术的太阳神。
“庙里香案年久失修啦,神灵发怒了,才降灾给你们。神灵说,三天之内重做一个正方体形状的香案,神灵息怒后,瘟疫就可以平息了。”
人们似乎有了希望,聚精会神地听着。赫良辛咽了一口唾沫,接着说:
“这样吧!每家摊派一斗粮食,马上送到我家大院,作为重做香案和祈祷的基金……神命难违啊!”
于是,赫良辛家里粮屯里的粮食多了许多,“生死簿”上又增加了许多冤魂。可是,瘟疫并没有停止,相反,更加厉害了,不断夺去村民的生命。
不久,从赫良辛家里又传出神灵显圣的消息,通知人们第二天到庙前集中。
“啊,神灵又显圣了,这回不知道怎么说呢!”几位老人嘀嘀咕咕,忧心忡忡。
“什么神灵,全是赫良辛玩的鬼!”一个青年捏紧拳头,怒火填膺。
“不听他那一套,我们去找克莱梯斯去!”另一个青年冲口大喊。
克莱梯斯是一位学者,尤其对数学很有研究。这天晚上,几个青年在克莱梯斯家商量了很久,他们想了一个很巧妙的办法。
第二天,人们又在广场上集中了。
赫良辛走上高处,清清嗓子,尖声叫了起来:
“神灵又降旨啦,他嫌香案做得太小,要重做一个,这么办……”
赫良辛正要继续说下去,突然远处几个村民边跑边喊:
“来了,来了,钦差大臣来了,快迎驾呀!”
一个大臣骑着一匹高大的白马,后面跟着几个戎装卫士,很庄重地来到广场。不等大臣下马,赫良辛三步并作两步跑向前,跪在地上连连叩头:
“不知大人驾到,小民未曾远迎,死罪,死罪!”
“起来!”大臣斜视了赫良辛一眼,慢慢地走向庙前。
“这是干什么?”大臣指着农奴们,责问赫良辛。
“这个-那个-瘟疫-”赫良辛结结巴巴,心里有些发慌。
“大人,上回他骗了我们,说神灵发怒,要重做香案。让一家出一斗粮食,可瘟疫不见平息。”一个村民控诉着。
“今天他又说,神灵嫌香案太小,又发怒了,要……”另一个村民脸涨得通红,挥动着拳头。
“接圣旨!”大臣打断了他的话,所有的人都下跪了,尤其是赫良辛显得格外虔诚,他的前额紧紧地贴在地上。大臣说:
“赫良辛的话不错,神灵嫌做的香案太小,要做一个新的。”
村民们一个个抬起头来,疑惑不解地望着大臣。赫良辛也慢慢地挺起身子,除了额上粘的一点黄土外,面部似乎已逐渐恢复平静。
“不过,”大臣继续说着:“这次神灵指定要赫良辛做,香案的形状仍然是正方体,体积要是上次做的二倍。如果三天之内做好这个香案,瘟疫就可逐渐平息,国王将给赫良辛很贵重的奖赏。但是,如果所做的香案不符合要求,那就要处死赫良辛,并把他所有的财产分给农奴。”
赫良辛屏息细听了大臣传达的圣旨,心想这并不是难事,便领旨回家,立即找来木匠动工。起初,他以为只要按上次香案的尺寸,把正方体棱长扩大二倍,就可以了。那晓得木匠照他的意思做出来的正方体香案很大。我们不妨替他算一下:
如果上次正方体的棱长为a,那么体积应该是a3。这次正方体的棱长为2a,体积就应该是:
(2a)3=8a3。
这就是说,新做的香案体积是上次做的8倍,当然不符合要求。赫良辛连忙命令木匠把这个香案改小。但改来改去,不是偏大,就是嫌小。一天,两天过去了,庄园里的树木被砍去了许多。赫良辛对盘剥村民虽然是专家,但对数学却是一窍不通。他不会运用数学原理,先算出欲求的正方体的棱长,然后再按这个尺寸来做香案。
三天过去了,人们又集中在广场庙前。大臣又来了,赫良辛抬不出一个适合要求的香案。他预感到末日的来临,象一只癞皮狗,瘫倒在地上……
聪明机智的克莱梯斯应用数学史上着名的三大几何问题之一“倍积立方问题”,帮助农奴们惩罚了罪行累累的恶人。
所谓“倍积立方问题”,就是要做一个正方体,使它的体积是已知正方体体积的二倍。这个问题对于我们今天初中同学来讲,是不难理解的。设原来正方体棱长为a,所求正方体棱长为x,依题意得:
x3=2a3。
所求正方体的棱长。即使后来人们开始认识它的时候,还把它叫做“无理”数哩!
44.他像被神附了体一样
杂草丝中,一座古坟,墓碑已经风化,字迹模糊不清。然而一个奇怪的标帜却隐约地映入人们的眼帘:碑顶部刻着一个等边圆柱以及它内切球的图形。了解数学史的人很快就会知道,这里长眠着古代最伟大的数学家阿基米德,已经有二千多年了。
阿基米德(公元前287-前212年)在数学上的成就很多,其中他最感兴趣的是关于球体积公式的推导,他为了找到球体积的计算方法,先用一个空心的等边圆柱(就是圆柱底面圆的直径正好等于圆柱的高)的容器,里面装满了水。然后把一个直径等于这个圆柱高的球轻轻放进容器,再小心地把溢出的水收集起来,量出水的体积就是球的体积。他经过多次这样的实验,发现球的体积正好等于圆柱容。假设圆柱底面半径为R,我们不难用公式来验算这个结论。圆柱的体积为:
V圆柱=πR2·2R=2πR3
而V球=πR3
阿基米德非常重视这个发现,嘱咐别人在他死后,能在他墓碑上刻上这个图形。这就是上面所提到的古坟墓碑上所刻的图案。
阿基米德研究数学时聚精会神,可以说是废寝忘食。冬天吃饭时,他常坐在火盆旁,一手端着饭碗,一手在火盆的灰烬里画着几何图形,都忘了吃饭。
有一回,因为一个数学问题没解决,他埋头钻研,一直没空去洗澡,身上很脏,发出一股难闻的气味。家里人硬把他推进浴室。那时候的人有个习惯,洗完澡后要在身上擦香油膏。阿基米德在浴室里洗了好半天都不见出来,家里人感到很奇怪,在门外喊他也不见回音,便推门进去一看,原来他正坐在浴盆旁的凳子上,用手蘸着香油膏在皮肤上划几何图形哩!他研究几何图形时,脸上总是笑呵呵的,嘴里还叽里咕噜,家里人说他像被神附了体一样。
阿基米德为人谦逊,对待科学严肃慎重,他曾说过,他的一切发现别人都会发现,他毫不隐讳自己作品中的错误。他在自己所写的《螺线论》这篇文章中,坦率地承认自己在以前的着作中所犯的某些错误,让读者从中吸取教训。人们非常赞赏他这种高尚的品德。恩格斯夸奖他是对科学作了“精确而有系统研究”的代表人物之一。一位俄国数学家还在着作中写下了赞美他的诗句:
“这儿阿基米德出现了,
那古代的哲学家,
谁也不能和他相比拟,
他的功绩全世界第一。”
45.数学家巧破杀人案
伽罗华(公元1811-1832年)是法国数学家,十九世纪杰出的数学天才。他生于法国巴黎近郊布伦的一个小村子里,因决斗而卒于巴黎。
鲁柏是伽罗华的好友。一天,伽罗华得知鲁柏被刺的不幸消息,急忙奔赴探询。女看门人告诉伽罗华,警察已勘察过现场,没有发现其它线索,只是看到鲁柏手里紧捏着半块没有吃完的苹果馅饼,令人费解。她认为作案人可能就在公寓内,因为案发前后,她一直在传达室,没有看见有人进公寓来。可是这座四层楼的公寓,每层有15间房,住着100多人,情况比较复杂,这可能是警察到目前还未能破案的原因。
数学家思索着。最后,请女看门人带他到三楼,在314号房门前停了下来,问道:
“这房间是谁住的?”
女看门人答道:
“米塞尔。”
“这人怎样?”
“他爱赌钱,好喝酒,昨天已经搬走了。”
“这个米塞尔就是杀人凶手!”数学家肯定地说。
女看门人非常惊奇,忙问:
“有什么根据?”
数学家分析说:
“鲁柏手里的馅饼就是一条线索。馅饼英语叫Pie,而希腊语Pie就是π,即通常说的圆周率。人们在计算时,常取π的近似值3.14。鲁柏是一位喜欢数学,善于思考的人,临死时他终于想到用馅饼来暗示凶手所住的房间。”
根据数学家的分析,警方经过侦察,最后逮捕了米塞尔。经审讯,米塞尔承认因赌博输钱,看到鲁柏家里汇来巨款,遂生杀机。
伽罗华从小就受到良好的家庭教育。童年时代,他在母亲的辅导下进行学习。12岁进入中学读书。起初,他努力学习希腊语和拉丁语。后来,他对数学产生了浓厚的兴趣,以惊人的速度读了许多数学着作。19岁时,他的数学天才被他的数学教师慧眼所发现,在老师的指导下,他深入研究了一些数学理论,并取得了划时代意义的成果。
伽罗华在巴黎高等师范学校读书时,因参加政治斗争,公开反对国王制度,揭露了校长在法国七月政变中的两面行为,又得罪了校长。伽罗华被学校开除,并两次入狱。监狱生活严重摧残了他的健康。
1832年,伽罗华出狱后,在一所疗养院医疗,由于政治和爱情的纠葛,他又陷进政敌为他设置的一个陷井,在一次决斗中,他身负重伤,第二天便离开了人世。
伽罗华是一位杰出的数学天才,可惜他在人世间仅活了21个春秋!他的早逝,无疑是世界数学界的一大损失。
46.地毯与火柴
一个魔术师拿着一块边长为8尺的正方形地毯去找一个地毯匠,要地毯匠把地毯改成长为13尺宽为5尺的长方形地毯。
地毯匠算了一下,说:“你拿来的地毯只有64平方尺,而你要我把它改成65平方尺的长方形地毯,怎么可能呢?我又不象你,会无中生有变魔术。”
魔术师笑了,“我不是为难你,你照我画的办法剪裁拼接,包你做得成。”魔术师拿出一张图给地毯匠,说:“你按我第一张图中的粗线把地毯裁开。然后你再按第二个图就可拼接成一个513的长方形了。”地毯匠横看竖看,始终看不出破绽,但又不敢下剪刀。
这究竟是怎么回事呢?
如果注意到这里涉及的各种图形的外形尺寸主要数据不外乎3、5、8、13这四个数,你就可以发现,这些数正是“斐波拉契数”。原来,斐波拉契数fn满足规律: fn2-fn-1fn+1=(-1)n+1。