现代数学文化与美学欣赏.ppt

《现代数学文化与美学欣赏.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代数学文化与美学欣赏.ppt（178页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、现代数学文化与美学欣赏现在学习的是第1页，共178页1.正整数的美学审视2.对无理数的品味3.无限世界的美妙4.数学方法的优美5.数学美的不同类型6.数学史上的几大奇观7.数学与人的发展8.数学与思维的发展现在学习的是第2页，共178页1.正整数的美学审视你对正整数有感觉吗？你喜欢哪个（些）正整数？你知道数论吗？正整数优美吗？现在学习的是第3页，共178页A.完美数因数:素数:完美数：如6的所有真约数是1、2、3，而且6=123。像这样，一个数所有真约数的和正好等于这个数，通常把这个数叫做完美数素数就是质数。它除了能表示为它自己和1的乘积以外，不能表示为任何其它两个整数的乘积。當除數可以整除被

2、除數(意即被除數=除數*商)，則除數叫做被除數的因數任何一个自然数的约数中都有1和它本身,我们把小于它本身的因数叫做这个自然数的真约数现在学习的是第4页，共178页A.完美数完美数有多少?现在学习的是第5页，共178页A.完美数只发现20多个现在学习的是第6页，共178页完美数有许多有趣的性质：1.它们都能写成连续自然数之和：6=1+2+3,28=1+2+3+4+5+6+7,496=1+2+3+4+.+31,8128=1+2+3+4+.+1272.它们的尾数都是6或8A.A.完美数完美数现在学习的是第7页，共178页A.完美数3.它们的全部因数的倒数之和都是2。1/1+1/2+1/3+1/6=

3、21/1+1/2+1/4+1/7+1/(14)+1/(28)=21/1+1/2+1/4+1/8+1/(16)+1/(31)+1/(62)+1/(124)+1/(248)+1/(496)=2物以稀为贵。虽然未找到实际中的特别用途，但完美数的奇异和美丽吸引了许多人现在学习的是第8页，共178页B.Mersen数Euclid（欧几里得）在探寻完美数的时候发现：完美数可能的公式：现在学习的是第9页，共178页B.Mersenne（梅森素数）形如2p1的正整数，其中p是素数，常记为Mp。若Mp是素数，则称为梅森素数。p2，3，5，7时，Mp都是素数，但M1120472389不是素数。已发现的最大梅森素数

4、是p24036583的情形，此时Mp是一个7235733位数。是否有无穷多个梅森素数是数论中未解决的难题之一。现在学习的是第10页，共178页Mersenne在代数编码（密码学）中有用。现在学习的是第11页，共178页C.回文素数回文诗：晚秋即景烟霞映水碧迢迢，暮色秋声一雁遥，前芩落辉残照晚，边城古树冷萧萧。倒过来念为：萧萧冷树古城边，晚照残辉落芩前，遥雁一声秋色暮，迢迢碧水映霞烟。芩（qn）现在学习的是第12页，共178页数学中的回文素数或回文质数：例如：2位数的回文素数有4对：1331；1771；3773；9779三位数的回文素数共13对；四位数的回文素数共102对；五位数共684对有趣的

5、是=3.1415926前两位数：31-13前六位数：314159-951413试着找一对吧现在学习的是第13页，共178页D：其它有趣的现象：n自守数：所谓自守数就是自已和自己相乘以后得到的数，尾数不变。在自然数中凡末尾数是1、5和6的数，不论自乘多少次，尾数仍然是1、5、6。例如：2121=421212121=9261325325=1056256666=1296n末尾是25和76的数也是自守数，三位数以上也有。现在学习的是第14页，共178页自然数中的奇数和偶数。奇数：偶数：2=122+4=6=232+4+6=12=342+4+6+8=20=452+4+6+8+2n=n（n+1）现在学习的是

6、第15页，共178页对所有的自然数，下面的规律也成立并且十分有趣：现在学习的是第16页，共178页在自然数中还有一些数，看起来貌不惊人，但却十分特别，令人百思不得其解。6174就是其中之一。7641-1467=6174有趣的是，不仅6174本身，就是任意一四位数字，只要4个数字不完全相同，用上述办法重复多次，最后终能得到6174这个数。例如1234这个数，我们用下列步聚运算：4321-1234=30878730-0378=83528532-2358=6174现在学习的是第17页，共178页E.素数的个数（1）素数的分布规律区间素数个数1-10025100-20021200-30016300-4

7、0016400-50017500-60014600-70016现在学习的是第18页，共178页区间比例1-1001/41-10001/61-100001/81-1000001/10E.素数的个数（1）素数的分布规律现在学习的是第19页，共178页E.素数的个数（1）素数的分布规律19世纪有一位数学爱好者观察了600000内的素数，发现在n和2n之间至少有1个素数。9年后一位俄国数学家证明了猜想的正确性。现在学习的是第20页，共178页E.素数的个数（2）素数的个数1-n的区间素数个数(n)(n)/nn100251/4n10001661/6n1000012291/8n10000095921/10

8、现在学习的是第21页，共178页n101001000100001000001000000n/(n)2.545.958.1410.4212.05lnn2.34.66.99.211.513.1E.素数的个数（2）素数的个数现在学习的是第22页，共178页E.素数的个数（2）素数的个数1800年一位德国数学家猜想这一等式成立，96年后，两位法国数学家同时独立地证明了猜想的正确性。现在学习的是第23页，共178页E.素数的个数（2）素数的个数猎奇审美，它们之间是相通的。在杂乱无章的素数分布上，人们发现了许多奇特的规律，犹如万树丛中的鸟语花香现在学习的是第24页，共178页2.对无理数的品位古希腊数学十

9、分繁荣，与艺术和哲学紧密相连的。古希腊哲学（毕达哥拉斯流派）对数（正整数）和对世界的思考是不可分割的。他们认为：万物皆数，数生万物，1最神圣古中国：一生二、二生三、三生万物现在学习的是第25页，共178页2.对无理数的品位无理数的发现打破了古希腊数学与哲学的和谐，产生了数学（也是哲学）的第一次危机现在学习的是第26页，共178页2.1黄金分割现在学习的是第27页，共178页2.1黄金分割2.1黄金分割正五边形对角线长与边长之比正五边形边长与对角线长之比现在学习的是第28页，共178页2.1黄金分割0.618的美学实例人体:躯干部分的宽与长之比 肚脐、膝盖植物：相邻两叶在与茎垂直的平面上的投影的

10、两夹角的比 利于通风采光现在学习的是第29页，共178页在研究黄金分割与人体关系时，发现了人体结构中有14个“黄金点”（物体短段与长段之比值为0.618），12个“黄金矩形”（宽与长比值为0.618的长方形）和2个“黄金指数”（两物体间的比例关系为0.618）。黄金点：(1)肚脐：头顶足底之分割点；(2)咽喉：头顶肚脐之分割点；(3)、(4)膝关节：肚脐足底之分割点；(5)、(6)肘关节：肩关节中指尖之分割点；(7)、(8)乳头：躯干乳头纵轴上这分割点；(9)眉间点：发际颏底间距上1/3与中下2/3之分割点；(10)鼻下点：发际颏底间距下1/3与上中2/3之分割点；(11)唇珠点：鼻底颏底间距

11、上1/3与中下2/3之分割点；(12)颏唇沟正路点：鼻底颏底间距下1/3与上中2/3之分割点；(13)左口角点：口裂水平线左1/3与右2/3之分割点；(14)右口角点：口裂水平线右1/3与左2/3之分割点。现在学习的是第30页，共178页面部黄金分割律面部三庭五眼黄金矩形：(1)躯体轮廓：肩宽与臀宽的平均数为宽，肩峰至臀底的高度为长；(2)面部轮廓：眼水平线的面宽为宽，发际至颏底间距为长；(3)鼻部轮廓：鼻翼为宽，鼻根至鼻底间距为长；(4)唇部轮廓：静止状态时上下唇峰间距为宽，口角间距为长；(5)、(6)手部轮廓：手的横径为宽，五指并拢时取平均数为长；(7)、(8)、(9)、(10)、(11)

12、、(12)上颌切牙、侧切牙、尖牙（左右各三个）轮廓：最大的近远中径为宽，齿龈径为长。黄金指数：(1)反映鼻口关系的鼻唇指数：鼻翼宽与口角间距之比近似黄金数；(2)反映眼口关系的目唇指数：口角间距与两眼外眦间距之比近似黄金数。现在学习的是第31页，共178页2.1黄金分割0.618的美学实例名曲:高潮出现在全曲的黄金分割点名画：充分利用了0.618建筑:如建筑物的特征点、门窗等黄金分割点体现了美与实用，沟通了人与自然现在学习的是第32页，共178页2.2e与无理数分类代数无理数：整系数多项式的根超越无理数：代数无理数以外的无理数证明它们是超越无理数是相当困难的。现在学习的是第33页，共178页2

13、.2e与现在学习的是第34页，共178页2.2e与无理数的定义说明它们不可以用有限个有理数来表示。微积分的无穷级数提供了无理数的有理数的无限和表示。例如现在学习的是第35页，共178页2.2e与猜测：1.每隔10位数就会出现同样的数字;2.的数字中必有e的前n位数字,e的数字中必有的前n位数字。现在学习的是第36页，共178页2.2e与1：实数单位i：虚数单位0：唯一中性数i：来源于几何：来源于分析现在学习的是第37页，共178页2.2e与乘法运算形式一致现在学习的是第38页，共178页2.2e与莱布尼兹现在学习的是第39页，共178页3无限世界的美妙有限无限生命、财产、人口、金钱、距离直线上

14、的点一尺之椎，日取其半，万世不竭。正整数个数现在学习的是第40页，共178页区分有限与无限的方法:数数把握无限的方法:反证法现在学习的是第41页，共178页3:是什么?代表什么?实际上3就是一个符号,与a,f(x)是一样的!其含义就是表示若干不同表现形式的共性:相同的数量或不同的专一属性-编码.现在学习的是第42页，共178页如:3个苹果,3支钢笔,3个人,3分钱.实际上,脱离实际情况,3本身是没有实际意义的.但作为媒介，3包含了上述情况的共性在数量上一样多。虽然世界各地的读音不同。现在学习的是第43页，共178页现在学习的是第44页，共178页现在学习的是第45页，共178页现在学习的是第4

15、6页，共178页现在学习的是第47页，共178页现在学习的是第48页，共178页这个运动表明：当x沿直线趋于正无穷大时，圆周上对应的点按逆时针方向趋于顶点这个运动表明：当x沿直线趋于负无穷大时，圆周上对应的点按顺时针方向趋于顶点演示表明：在直线上无论x是趋于 ,还是趋于 ，反映在圆周上显示的是，点沿着圆周分别按逆时针和顺时针都趋于一个共同的点顶点！现在学习的是第49页，共178页集合A与B称为基数相等，如果A，B之间存在1-1对应关系（1-1映射）。记为显然基数概念推广了个数概念。现在学习的是第50页，共178页1、有理数与自然数一样多这个集合的基这个集合的基数不超过自然数不超过自然数的基数，

16、而数的基数，而自然数是其子自然数是其子集，所以这两集，所以这两个集合的基数个集合的基数相等。同样的相等。同样的理由知道有理理由知道有理数与自然数一数与自然数一样多。样多。现在学习的是第51页，共178页2、（0，1）与（0，+）的点一样多现在学习的是第52页，共178页3、（0，1）的点比自然数多5、自然数是基数最小的无穷集合。4、自然数的所有子集所成的集合与（0，1）的基数一样。现在学习的是第53页，共178页6、一个集合的基数（）小于其子集所成的集合的基数（2）2现在学习的是第54页，共178页由此人们给出了处理无穷多（自然数）的一个方法数学归纳法：如果与自然数k有关的命题P(k)满足条件

17、（1）P(1)成立；（2）若P(n)成立，则P(n+1)也成立,则P(k)对所有的自然数成立。现在学习的是第55页，共178页4、数学方法的优美观点和方法是数学的两个方面：既紧密联系，又有所区别。但方法影响观点。我们来看看数学方法的美。现在学习的是第56页，共178页4.1反证法“不能不”反证法通常的证明方法：+条件“对”“不对”矛盾现在学习的是第57页，共178页例1反证法：现在学习的是第58页，共178页例2（抽屉原理）3个苹果放进2个抽屉中，至少有1个抽屉中有两个苹果。（反证法易得）10本书，共3类（抽屉），文学类（A）、史学类（B）和数学类（C），证明至少有一类有4本或4本以上。现在学

18、习的是第59页，共178页10本书，共3类（抽屉），文学类（x）、史学类（y）和数学类（z），证明x,y,z至少有一个大于或等于4。抽象为一个纯数学问题：现在学习的是第60页，共178页假设人类的头发最多为200万根，那么南平市至少有2人的头发根数一样多。（南平市人口超过200万）在任意6人中，一定可以找到3个相互认识，或3个相互不认识的人。现在学习的是第61页，共178页4.2RMI方法RMI：R-relation,M-mapping,I-inversion.即关系、映射和取逆。它属于形式逻辑范畴。如“三段式”给人以逻辑美。RMI方法体现了辨证思想的方法。现在学习的是第62页，共178页例1

19、显得容易。例2运算数值现在学习的是第63页，共178页曲折：化难为易曲折：创造、发明曲折：实现的根据是对数Galileo(伽利略)：给我空间、时间和对数，我即可创造一个宇宙。RMI的体现：R：21/11（关系），M：lgx（映射）,I:10lgx（取逆）现在学习的是第64页，共178页例3:求和M,逐项微分I,积分现在学习的是第65页，共178页数学上互逆的运算很多:如0的作用是+项与-项;1的作用是乘项与除项.现在学习的是第66页，共178页4.3抽象方法抽象=枯燥乏味?语言学抽象吗?美、神、好文学抽象吗？诗歌艺术抽象吗？绘画、舞蹈音乐抽象吗？高山流水、悲欢离和现在学习的是第67页，共178

20、页数学的抽象美的表现形式不同，它给人带来的是简洁、明快和高效的美现在学习的是第68页，共178页例1（七桥问题）如图，能否从某个桥出发，走过所有的桥，但每座桥只经过一次？ABCD？BACD现在学习的是第69页，共178页BACD24213313335现在学习的是第70页，共178页点线图拓扑学topology:不注重数量关系和形状特征，而注重点与点的连接方式！如：建立校园网络系统。从网络中心到各办公楼、教学楼、学生宿舍楼，到各办公室、教室和寝室。你如何设计呢？你需要建立一个网络的拓扑图即可。实际上如果两个图的点与连接方式一致，它们实际上就是拓扑意义下的一张图。现在学习的是第71页，共178页拓

21、扑学的产生与发展进一步表现了数学的抽象程度，起抽象的美与实际是如此的协调，展示了数学的优美！拓扑学的产生极大冲击了直观性原则！1人的认知能力(直观，抽象飞跃)2直观与抽象在认识上的统一受年龄和知识的接受方式的限制.3直观可能造成错觉.现在学习的是第72页，共178页思辩的作用越来越大.直观具有较大的局限性.物理学、化学、生物学等学科中许多重大发现和突破是由想象力开导的。善于抽象不仅只限于数学，人文科学、社会科学，更越来越抽象，只不过给人的感觉不象数学强烈而已。现在学习的是第73页，共178页5 5、数学美的几种类型、数学美的几种类型 美的不同表现形式有不同的形容：壮美、俊美、秀美、柔美、优美数

22、学美也呈现多样性，我们分为：简洁美、对称美、和谐美和奇异美。现在学习的是第74页，共178页简洁美是人们最欣赏的一种美，在艺术、建筑、徽标等的设计中最为常见。中国画更是体现了简洁美。数学以简洁而著称！现在学习的是第75页，共178页大数和小数的表示：10221，286243，10-900数的表示：所有数均可由1,2,3,5,6,7,8,9,0表示.(称为阿拉伯数字,但是由现在学习的是第76页，共178页印度人发明的.由阿拉伯人传到西方.)形式上和位置上意义非凡,绝妙非常.实际上,0的出现大约要晚好几百年.现在学习的是第77页，共178页简洁美的发展过程:2354=940罗马人的算法:CCXXX

23、V IVCCCCCCCCXXXXXXXXXXXXVVVVDCCC CXX XX CMXL表示900表示40现在学习的是第78页，共178页十进制与二进制:十进制:8989=1 26+0 25+1 24+1 23+0 22+0 21+1 20二进制:1011001现在学习的是第79页，共178页十进制:符号多(10),表示上简洁,方便人工运算,但系统复杂.二进制:符号少(2),表示上麻烦,方便机器运算,但系统简单.二进制与最简单的自然现象二进制与最简单的自然现象(信号的信号的两极两极)结合结合,造就了计算机！造就了计算机！现在学习的是第80页，共178页其它符号的简洁美：未知量：x,y,z已知量

24、：,e,a,b,c函数关系：f(x)形状符号：现在学习的是第81页，共178页其它符号的简洁美：运算符号：函数与逻辑：函数与逻辑：现在学习的是第82页，共178页几何：点对称、线对称、面对称、球对称。球面被认为最完美！代数与函数论：共轭数（共轭复数、共轭空间）。运算：交换律、分配律，函数与反函数运算。现在学习的是第83页，共178页二项式定理的展开式中的系数构成的二项式定理的展开式中的系数构成的杨辉三角形：杨辉三角形：111 2 113 3 11 4 6 4 11 5 10 5 1现在学习的是第84页，共178页命题变换中：命题变换中：命题命题 逆命题逆命题 否命题否命题 逆否命题逆否命题现在

25、学习的是第85页，共178页统一与和谐美是数学美的又一侧面，统一与和谐美是数学美的又一侧面，它比对称美具有广泛性。以几何与代它比对称美具有广泛性。以几何与代数的和谐与统一的表现为例：数的和谐与统一的表现为例：行列式行列式与矩阵与矩阵现在学习的是第86页，共178页平面上平面上过点过点(x1,y1),(x2,y2)的直线方程的直线方程:现在学习的是第87页，共178页平面上过点平面上过点(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)的圆方程的圆方程:现在学习的是第88页，共178页现在学习的是第89页，共178页现在学习的是第90页，共178页现在学习的是第91页，共178页奇异：稀罕、出乎意料

26、但却引人入胜！现在学习的是第92页，共178页现在学习的是第93页，共178页现在学习的是第94页，共178页现在学习的是第95页，共178页现在学习的是第96页，共178页18世纪最伟大的数学家欧拉(Euler)证明了n=3,4时费马定理成立；后来，有人证明当n105是定理成立。20世纪80年代以来，取得了突破性的进展。1995年英国数学家Andrew Wiles（安德鲁怀尔斯，普林斯顿大学教授）的108页论文解决了费马定理。他1996年获wolf奖，1998年获Fielz奖。(伍尔佛基金会奖(WolfFoundationPrizes)宗旨:成立于1978年,为前古巴派驻以色列外交家、发明家

27、、慈善家Dr.RicardoWolf发起,为奖励杰出科学家、艺术家对人类的贡献,不论国籍、种族、性别、政治信念。奖赏以下列领域为主:农业、化学、）.现在学习的是第97页，共178页现在学习的是第98页，共178页6 6、数学史上的几大奇观、数学史上的几大奇观 数学史的发展和其它学科有着许多相同的地方，即存在许多奇异的想法或追求完美的理想，其原因在于或者理论知识发展的局限性，或者社会制度、宗教等的因素。但是这些思想的出现对于推动数学的进步是积极的。现在学习的是第99页，共178页在中学我们就知道，几何作图严格局限于圆规和无刻度直尺。这种限制从古希腊一直延续至今。为什么？现在学习的是第100页，共

28、178页古希腊认为，所有图形都是由直线和圆弧构成的，圆是最完美的图形。他们确信仅靠圆规和直尺就可以绘出图形来。他们还认为，依据少量假设，通过逻辑把握的东西最可靠。现在学习的是第101页，共178页如求线段AB的中点步骤为：1、以A为圆心，以一适当的长度为半径画弧；2、以B为圆心，以同样长度的半径画弧；3、两弧交于两点，作两点连线，其与AB的交点即为AB的中点。现在学习的是第102页，共178页人们很快找到了正三、四、五、六边形的尺规作图的方法，然而在正七边形的尺规作图时，一直研究了2000多年！现在学习的是第103页，共178页17世纪，法国业余数学家费马提出了猜想：形如Fi=22i+1是素数

29、！i=0,1,2,3,4时Fi是的确如此。而i=5时F5 是不是素数现在学习的是第104页，共178页则在差不多100年后才由伟大的欧拉证明它不是素数！F F5 5=6416700417.=6416700417.看来，验证一个大数是否为素数看来，验证一个大数是否为素数是一个多么困难的事啊！是一个多么困难的事啊！现在学习的是第105页，共178页迄今为止，人们只知道F1,F2,F3,F4,是素数。人们又猜想费马素数只有有限个，但仍是一个未解问题。现在学习的是第106页，共178页在欧拉之后60年，德国数学家高斯20岁时发现了正多边形的边数是费马素数时是可以用尺规作图的，并且得到一般性结论：正n边

30、形可尺规作图的充分必要条件是：现在学习的是第107页，共178页由此我们知道正7边形是不可以尺规作图的！因为7不是费马素数。现在学习的是第108页，共178页 而正17边形（属于高斯，80多页），正257边形（200多页）是可以用尺规作图的。高斯的墓碑上刻着一个正17边形。大家可以验证3，5，17，257是否为费马素数。现在学习的是第109页，共178页古希腊流传下来的还有三大几何作图难题：1、化圆为方：=2、倍立方问题：=3、三等分角问题。现在学习的是第110页，共178页它们的解决实际上都促进了几何与代数，也就是现在的解析几何的产生与发展。上述三个问题都是不可能的！1、化圆为方，因为是超越

31、无理数。是不可作几何量。现在学习的是第111页，共178页2、倍立方问题。因为 是不可作几何量。3、三等分角问题。以60度角为例，可得到代数方程现在学习的是第112页，共178页前面已经提到，古希腊的几大几何难题都是借助于代数方法得到解决的。实际上，从公元前到公元16世纪，几何与代数各自并行发展着。表面上看，几何似乎是关于形的科学而与数无关，代数似乎是关于数的科学而与形无关。现在学习的是第113页，共178页代数与几何难以联系的原因是：人们心目中的数是相互孤立的，难以从数想到由无穷多个点构成的线等图形。而对于形来说，例如线段或封闭图形，它们与数的联系也只限于长度与面积，难以从图形想到数的能力。

32、现在学习的是第114页，共178页人们从“运动”的角度来联系数与形的：决定性的工具是建立了坐标系，点 数。点的运动形成了线，线的运动形成了体.。数与形的充分结合才产生了解析几何。现在学习的是第115页，共178页解析几何的主要创始人是笛卡儿！在笛卡儿之前，就已经出现了代数与几何的结合，即解析几何的萌芽.我们来看一个例子。现在学习的是第116页，共178页求比例中项问题。求给定长度AB与AC的比例中项。若AB=AC，那么他们本身就是比例中项，否则，可设ABAC.现在学习的是第117页，共178页将AB置于AC上,以AC为直径画圆,过B点作AC的垂线交圆于D,连接AD,AD即为所求比例中项.现在学

33、习的是第118页，共178页 接着,我们依次作出E、F、G、H、.使得现在学习的是第119页，共178页因为AD=x时,AF=x3,AF=AD+DF,故当DF=a时,我们得到X3=x+a现在学习的是第120页，共178页结论:从几何得到了一个代数方程.另一方面,若a是已知数,那么AD=x作为方程的根可以在几何上表示出来(尺规作图).现在学习的是第121页，共178页反过来,笛卡儿对几何问题应用了代数方法:研究几何轨迹问题.解析几何的精华在于把几何曲线用代数方程来表示,同时又用代数的研究方法来研究几何.这种方法显示了其强大的生命力:代数是纯演算的和现在学习的是第122页，共178页推理的,它只需

34、要逻辑的和技巧的,而不需要面对千变万化的几何曲线的表面现象得到其本质性的东西.即几何曲线(曲面)的分类.现在学习的是第123页，共178页现在学习的是第124页，共178页通过代数方法(平移和旋转)我们可以把一般方程化为标准方程.而且还有三个不变量.它们是二次曲线的本质三类:椭圆、双曲线和抛物线。难以想象,没有代数的参与,在众多曲线中我们能看到这些本质性的东西.现在学习的是第125页，共178页解析几何出现后不久，微积分也被发现了。可以说，微积分不仅是数学的伟大发现，也为近代科学开辟了光明的道路；微积分不仅是17世纪的伟大发现，而且是世界人类文明史上最为光辉灿烂的发现。现在学习的是第126页，

35、共178页微积分的来源是科学发展对数学要求的必然：速度、距离、重心；切线、长度、面积、体积；极值问题等等。现在学习的是第127页，共178页微积分的创立是以发现微分与积分互为逆运算为标志的，即我们所说的微积分学基本定理：现在学习的是第128页，共178页微积分的伟大意义在于：1、微积分改变了数学的研究对象、方式和方法，带来了数学空前和持久的繁荣昌盛！显示了数学内部的辨证统一的深刻哲理。现在学习的是第129页，共178页2、推动了自然科学、工程技术、社会科学的发展。有了微积分，它就成为了物理学的基本语言。其他如力学、天文学、化学等学科都得到了无限的推动力。近代的生物学、地理学、经济学、社会科学等

36、都离不开数学。现在学习的是第130页，共178页3、对人类物质文明作出了巨大贡献。数学方法的应用和更新，通过其他学科对人类的进步产生了前所未有的作用：工业革命、人造卫星、新星的发现、经济规律、金融运作等等。现在学习的是第131页，共178页4、对人类文化产生了革命性的影响。只要研究变化规律就要用到微积分，在人文、社会科学领域也是如此。哲学（马克思、恩格斯）、经济学、考古学、社会学、心理学、语言学、法学.它们直接影响着人们的世界观和文化结构。现在学习的是第132页，共178页一个遗憾的事：几乎所有的大学生不知道非欧几何，甚至数学类专业的本科生也是如此。今天我们试图来弥补这个遗憾，来了解影响和改变

37、世界的非欧几何。现在学习的是第133页，共178页欧氏几何在公元前300年就已产生，起始特征是建立了公理化方法：即从几个概念和几个命题，演绎出本学科其它所有概念和命题，从而构成这一学科的全貌。运用这种方法的学科被认为是严谨的科学和成熟的科学。现在学习的是第134页，共178页欧氏几何的公理体系出现在欧几里德的集合原本中，在其之后的2200年后，希尔伯特在几何基础上加以完善。其间，许多数学家作了许多公理体系的完备性工作。然而，令人放心不下的是该公理体现在学习的是第135页，共178页系中的第五公理，即平行公理的独立性问题。因为人们发现即使欧几里德本人也尽量避免使用它。所以人们开始从三个方面研究平

38、行公理。1、试图给出新的平行线定义以绕开这个困难；现在学习的是第136页，共178页2、试图用比平行公理缺点更少的其他公理取代它；（等价或包含）3、试图用其他公里推出它。第三个问题得到的最多的研究，但是毫无结果。现在学习的是第137页，共178页在用反证法研究第三个问题时，试图推出矛盾，但是没有。实际上，反证法就是假设与第五公理不成立。第五公理是说：过已知直线外一点，可作一条也只可作一条直线与已知直线平行。现在学习的是第138页，共178页19世纪初，俄罗斯人罗巴切夫斯基在否定第五公理的同时，假设其反面之一：“过已知直线外一点，可作多于一条的直线与已知直线平行”，得到了一系列定理，并且认为他得

39、到了一门新的几何学。这是过去2000年以来的重大突破。现在学习的是第139页，共178页罗巴切夫斯基1826年2月11日宣布自己建立了新的几何学之后，得到了许多数学大家的嘲笑、讽刺，德国诗人歌德也出来讽刺他。实际上，罗巴切夫斯基的理论得到世界的认可是在他去世几十年后的事了.现在学习的是第140页，共178页 在罗氏几何产生后的1854年，德国数学家黎曼把欧氏第五公理改为：“过已知直线外一点，没有与其平行之直线”，得到的一种新的几何学黎曼几何，为非欧几何的另一翼。现在学习的是第141页，共178页绝对几何欧氏几何罗氏几何黎曼几何联系公理迭合公理顺序公理连续公理现在学习的是第142页，共178页

40、非欧几何的产生具有三个重大意义:1、解决了平行公理的独立性问题。推动了一般公理体系的独立性、相容性、完备性问题的研究，促进了数学基础这一更为深刻的数学分支的形成与发展。现在学习的是第143页，共178页 2、证明了对公理方法本身的研究能推动数学的发展，理性思维和对严谨、逻辑和完美的追求，推动了科学，从而推动了社会的发展和进步。在数学内部，各分支纷纷建立了自己的公理体系，包括被公认为最困难的概率论也在20世纪30年代现在学习的是第144页，共178页 建立自己的公理体系。实际上公理化的研究又孕育了元数学的产生和发展。3、非欧几何实际上预示了相对论的产生，就象微积分预示了人造卫星一样。非欧几何与相

41、对论的汇合是现在学习的是第145页，共178页科学史上划时代的事件。人们都认为是爱因斯坦创立了相对论，但是，也许爱因斯坦更清楚，是他和一批数学家Poincare庞加莱,Minkouski闵柯夫斯基,Hilbert希尔伯特等共同的工作。出现动钟延缓，动尺缩短，时空弯曲等现象。这些都是非欧几何与相对论的科学发现。现在学习的是第146页，共178页非欧几何的模型。复变函数理论。非欧直线非欧距离、非欧角、非欧圆、非欧三角形.，非欧三角形内角和小于180度；不存在非欧矩形。现在学习的是第147页，共178页7、数学与人的发展数学作为一门课程进入学校在公元前2400年时就开始了。柏拉图规定，不懂几何学不得

42、进入他的哲学学校。这说明那时就把数学学习与教育和做人联系起来了。现在全世界最普遍开设的教育课程就是数学，开设的时间是所有课程中最长的！人类是如何达成这一共识？又是如何确立了数学如此重要地位的呢？现在学习的是第148页，共178页 中国数学历史悠久，也曾达到过很中国数学历史悠久，也曾达到过很高的水平，但中国的古代数学偏向于应用高的水平，但中国的古代数学偏向于应用与使用。与使用。与中国古代数学形成鲜明对照的是与中国古代数学形成鲜明对照的是古希腊数学所具有的强烈的理性色彩。古古希腊数学所具有的强烈的理性色彩。古希腊数学更接近于世界观，接近哲学，接希腊数学更接近于世界观，接近哲学，接近人生，因而也更接

43、近人文学。所以数学近人生，因而也更接近人文学。所以数学作为人类的思想产品，获得了极高的地位。作为人类的思想产品，获得了极高的地位。数学对人的发展的影响现在学习的是第149页，共178页 近代中国的教育观念中，还承继着老祖宗近代中国的教育观念中，还承继着老祖宗的某些传统。过分强调感性、实用性和目的性。的某些传统。过分强调感性、实用性和目的性。数学只作为一种工具来学习和掌握。所谓数学只作为一种工具来学习和掌握。所谓“有没有没有用有用”的的“用用”，其含义更多的是对某个学科专业的，其含义更多的是对某个学科专业的实用性实用性，而不包含对，而不包含对人的发展的作用人的发展的作用。实际上，数学与其他学科的

44、相互促进，使得实际上，数学与其他学科的相互促进，使得数学的发展异常迅猛，用途的广泛性已经超出了人数学的发展异常迅猛，用途的广泛性已经超出了人们的想象。们的想象。实用主义实用主义降低了数学的作用，由于过分的降低了数学的作用，由于过分的强调，而使数学的人文作用处于一个几乎被忽略的地强调，而使数学的人文作用处于一个几乎被忽略的地位。位。现在学习的是第150页，共178页 世界观的形成是后天的。它与人的成长过程密世界观的形成是后天的。它与人的成长过程密切相关。世界观左右人的认识、观点与方法。其共性切相关。世界观左右人的认识、观点与方法。其共性表现为：表现为：符合逻辑的、辨证统一的和纯理性的符合逻辑的、

45、辨证统一的和纯理性的。数学家也不例外，他们在从事数学研究的同数学家也不例外，他们在从事数学研究的同时，必定通过数学来看世界。反过来，他们对世界时，必定通过数学来看世界。反过来，他们对世界的看法也影响着其数学工作。从毕达格拉斯直到近的看法也影响着其数学工作。从毕达格拉斯直到近代的伽利略、笛卡儿、开普勒一直认为代的伽利略、笛卡儿、开普勒一直认为世界是数的世界是数的体现，世界是按数学公式运行的，宇宙的书本是体现，世界是按数学公式运行的，宇宙的书本是按数学写成的。数与世界密不可分按数学写成的。数与世界密不可分。不少数学家不少数学家都是哲学家。都是哲学家。现在学习的是第151页，共178页 20 20世

46、纪的数学家兼哲学家庞加莱说：世纪的数学家兼哲学家庞加莱说：“没有数学这门语言，没有数学这门语言，事物间大多数密切的类似关系将永远不会被我们发现；我们也事物间大多数密切的类似关系将永远不会被我们发现；我们也无从发现世界内部的和谐，而这种和谐正是惟一真正的客观现无从发现世界内部的和谐，而这种和谐正是惟一真正的客观现实实.是我们所能达到的惟一真理是我们所能达到的惟一真理。”实际上，出现的问题是数学与世界和谐的关系。如实际上，出现的问题是数学与世界和谐的关系。如果说是数学发现了世界的和谐，则数学优先于世界观；如果果说是数学发现了世界的和谐，则数学优先于世界观；如果说，世界的和谐是数学发现的，则世界观优

47、先于数学。说，世界的和谐是数学发现的，则世界观优先于数学。数学对世界观起到了作用数学对世界观起到了作用。现在学习的是第152页，共178页 1 1、数学影响人们的逻辑思维、数学影响人们的逻辑思维 数学的突出特点是讲究普遍联系的，最大特征是数学的突出特点是讲究普遍联系的，最大特征是抽象，因而数学广泛存在于众多的事物中。抽象，因而数学广泛存在于众多的事物中。事物与事物的联系多少靠什么来判断呢？事物与事物的联系多少靠什么来判断呢？靠的是共性与个性，或者称为内涵与外延。表面的靠的是共性与个性，或者称为内涵与外延。表面的东西通常反映的是个性，它会掩盖共性。数学抽象东西通常反映的是个性，它会掩盖共性。数学

48、抽象性的主要特征就是从个性中发现共性。性的主要特征就是从个性中发现共性。现在学习的是第153页，共178页 个性个性“抽抽”的越多，就越在的越多，就越在内涵内涵的共同处考虑，的共同处考虑，就越能发现事物间的就越能发现事物间的共性共性。内涵越少，外延越大。内涵越少，外延越大。这这是基本的逻辑结论是基本的逻辑结论.例如：例如：速度、切线速度、切线导数导数边际、变化率边际、变化率.例如例如：黄金分割：黄金分割0.618:0.618:广泛存在于人体、植物、动广泛存在于人体、植物、动物繁殖、建筑、艺术、音乐物繁殖、建筑、艺术、音乐.问题是问题是0.6180.618是不是世界和谐的标志呢是不是世界和谐的标

49、志呢?现在学习的是第154页，共178页人们发现了优选法.0 0.382 0.618 1 实验点 原则:去劣存优 第一步:若在0.382点优,则在0,0.618继续实验;否则,在0.382,1上继续实验.共性:区间长度为0.618.第二步:在第一步的区间上用0.6180.618和(1-0.618)0.618作实验点,继续选择原则.现在学习的是第155页，共178页共性区间长度为0.6182.如此继续下去,得到一个”区间套”:现在学习的是第156页，共178页那么,为什么非得选择0.618呢.实际上,我们可以从任何两点出发也能得到x0.如果xn是第n次黄金分割实验后的点,而xn是任何其他优选方法

50、第n次实验后的点,那么|xn-x0|00是变的是变的.但是我们但是我们要说明数列以要说明数列以A A为极限为极限,只需要对每个只需要对每个00验证验证”存在存在.”这这段话是对的就可以段话是对的就可以,而而”每个每个”又意味着又意味着00在验证的过在验证的过程中是程中是不变不变的的.现在学习的是第160页，共178页 如代数中的“恒等变换”，恒等意味着不变，变换意味着变化。这就是辩证法!其意义之重大已使数学与世界观的核心部分的关系越来越紧密，与对世界本身的看法紧密相连。现在学习的是第161页，共178页3 3、数学的纯理性是辩证唯物主义认识世界和预、数学的纯理性是辩证唯物主义认识世界和预知世界