數(shù)學(xué)中的美

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中數(shù)學(xué) 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)


  摘要:通過認(rèn)識(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)中的美,如:黃金數(shù)、勾股定理、美妙的對(duì)稱等,讓學(xué)生感悟到數(shù)學(xué)中有很多美的東西,使學(xué)生變“苦學(xué)”為“樂學(xué)”。這樣不僅陶冶了情操,又讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)感受到數(shù)學(xué)的美,從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

  關(guān)鍵詞:和諧;黃金數(shù);勾股定理;對(duì)稱美

  隨著數(shù)學(xué)的深入發(fā)展,人們逐漸地認(rèn)識(shí)到:數(shù)學(xué)的發(fā)展與人類文化休戚相關(guān),數(shù)學(xué)一直也是人類文明的文化力量。在數(shù)學(xué)教材中,蘊(yùn)涵著豐富的數(shù)學(xué)美,認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)的美,有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,能增強(qiáng)學(xué)生的數(shù)學(xué)解題能力和數(shù)學(xué)思維。

  一、黃金數(shù)

  兩千多年前,古希臘數(shù)學(xué)家歐多克斯發(fā)現(xiàn):如果將一條線段(AB)分割成大小兩段(AP、PB),若小段與大段的長(zhǎng)度比恰好等于大段長(zhǎng)度與全長(zhǎng)之比的話,那么這一比值等于0.618…,用式子表示就是PB:AP=AP:AB=0.618…

  建筑師們對(duì)數(shù)字0.618…特別偏愛,無(wú)論是古埃及的金字塔,還是巴黎的圣母院,或者是近世紀(jì)的法國(guó)埃菲爾鐵塔,都是與0.618…有關(guān)的數(shù)據(jù)。人們還發(fā)現(xiàn),一些名畫、雕塑、攝影作品的主題,大多在畫面的0.618…處。藝術(shù)家們認(rèn)為弦樂器的琴馬放在琴弦的0.618…處,能使琴聲更加柔和甜美。因此大畫家達(dá)?芬奇把0.618…稱為黃金數(shù)。

  黃金分割在幾何作圖中有很多應(yīng)用,如五角星的各邊就是按照黃金分割劃分的,圓的內(nèi)接正十邊形也能歸結(jié)為黃金分割。關(guān)于黃金分割還有很多應(yīng)用,如攝影、建筑設(shè)計(jì)、音樂、藝術(shù)等。

  二、古老的勾股定理

  勾股定理是初等幾何中的一個(gè)基本定理,是人類最偉大的十個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)之王,西方國(guó)家稱之為“畢達(dá)哥拉斯定理”,但遠(yuǎn)在畢達(dá)哥拉斯(公元前580或568?公元前501或500)出生之前,這一定理早已為人們利用,幾乎所有文明古國(guó)(希臘、中國(guó)、埃及、巴比倫、印度等)對(duì)此定理都有所研究。希臘著名數(shù)學(xué)家畢達(dá)哥拉斯曾對(duì)本定理有所研究,故西方國(guó)家均稱此定理為畢達(dá)哥拉斯定理。我國(guó)又前也叫“畢達(dá)哥拉斯定理”,上世紀(jì)50年代曾開展關(guān)于這個(gè)定理命名問題的討論,最后確定叫“勾股定理”。

  3500年以前,巴比倫人就知道三邊長(zhǎng)為下列各數(shù)的一些三角形為直角三角形:

  120,119,169;3456,3367,4825;4800,4601,6649;13500,12709,18541;72,65,97;360,319,481;2700,2291,3541;960,799,1249;

  然而,當(dāng)時(shí)為什么列出這些三角形,至今還是個(gè)謎。

  勾股定理是歐氏平面幾何的一個(gè)核心結(jié)果,是三角學(xué)的出發(fā)點(diǎn),開普勒稱“幾何學(xué)兩個(gè)寶藏”:一個(gè)是勾股定理,另一個(gè)是黃金分割。中國(guó)著名數(shù)學(xué)家華羅庚曾建議用一幅反映勾股定理的數(shù)形關(guān)系圖來作為與“外星人”交談的語(yǔ)言。就勾股定理本身而言,它在直角三角形的三條邊之間建立了固定關(guān)系,從而將原來對(duì)幾何學(xué)的感性認(rèn)識(shí)精確化,真正意義的幾何學(xué)才可以確立。尤其是其中體現(xiàn)出來的“數(shù)形統(tǒng)一”的思想方法,更具有科學(xué)創(chuàng)新的重大意義。勾股定理啟發(fā)了人類對(duì)數(shù)學(xué)的深入思考,促成了解析幾何及三角學(xué)的建立,使數(shù)學(xué)的幾何與代數(shù)兩大門類結(jié)合起來,為數(shù)學(xué)進(jìn)一步的發(fā)展開拓了寬廣的道路。勾股定理以及處理數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)方法、思考模式和現(xiàn)代天體物理學(xué)思考模式一致。第一宇宙定律就是通過對(duì)勾股定理的說明影響人們思維方法的平直時(shí)空觀。

  在人類借助宇宙飛船設(shè)法尋找“外星人”的時(shí)候,曾經(jīng)碰到了一個(gè)難題:一旦人類遇到“外星人”,該怎樣與他們進(jìn)行交談?顯然用人類的語(yǔ)言、文字、音樂等是不行的。我國(guó)著名數(shù)學(xué)家華羅庚建議,用一幅數(shù)形關(guān)系圖作為與“外星人”交談的語(yǔ)言。

  這幅圖中有邊長(zhǎng)為3、4、5的三個(gè)正方形,它們又相互聯(lián)結(jié)圍成一個(gè)三角形,三個(gè)正方形都被分成了大小相同的一些小方格,并且每條邊上小方格的個(gè)數(shù)與這條邊長(zhǎng)度的數(shù)字相等,兩個(gè)小正方形的小方格數(shù)分別為9和16,其和為25,恰好等于大正方形的小方格數(shù),整幅圖反映了“在直角三角形中,兩條直角邊的平方和等于斜邊的平方”。這就是勾股定理,西方人稱它為畢達(dá)哥拉斯定理。

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