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标题: 数学科普知识 [打印本页]

作者: steve糖果    时间: 2009-7-26 15:50
标题: 数学科普知识
20世纪下半叶,美国科普界叱咤风云数十年的三位大师级人物是艾萨克·阿西莫2 i# a# e* K$ m' v
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夫、卡尔·萨根与马丁·加德纳,堪称一时瑜亮,难分轩轾。时至今日,前面两
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人均已逝世,唯有加德纳先生依然健在,老当益壮,在数学传播领域继续发挥着( y% ]. _) k8 W* A$ D* ?

  v  @& \% ]8 c他无可替代的作用。
# I  S: q$ \8 @8 U+ Z6 N( |* X8 t阿西莫夫对加德纳有着一段非常中肯的评语:“马丁·加德纳是一位业余的超级
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9 W* f$ O/ {8 t: V魔术大师,这是毫无疑义与众口一辞的。但是,与他的一项看家本领相比,神乎
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8 j" P; @, b' L! p2 i* Z2 w" H$ F其神的魔术招数毕竟是小巫之见大巫,也许会退避三舍。原来,任何数学题材到, k9 T$ X1 b+ g' B
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了他手,都能写成雅俗共赏,妙不可言,使我爱不忍释的文章。”《矩阵博士的) }: d5 g( E3 P  Q4 G% `  |
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魔法数》就是这样一本涉猎面很广,文笔隽永,诙谐有趣,可读性极强,人文根
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3 X* G! R$ M" ?! ~底非常深厚的奇书,以致许多读者一旦见到了它,就不肯放手,直到一口气把它. V7 c' `% P8 @! r" w- ?3 L

) y/ K5 f' f6 z! r8 n; u9 E3 o1 Q* w读完为止。
% s/ ]# U* _& b- ~# b1914年10月21日,马丁·加德纳(Martin Gardner)生于美国俄克拉何马州。1936
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年毕业于芝加哥大学,学的专业是哲学。毕业后先当《民友报》记者,后来在芝) {3 i' s7 {$ [* T' H
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加哥大学公众关系部工作。第二次世界大战爆发后,他在美国海军中担任随军记$ z/ x" w( M( n# `" G

8 d7 a) \! W3 L4 o者,曾到过印度、菲津宾、东南亚、土耳其与中、近东许多国家和地区,见闻甚
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广。战后,他开始了自由撰稿人的生涯。马丁·加德纳才华横溢,思如泉涌,博$ A* ?; x& Q6 }" f

3 Z' h0 w8 N6 o6 x& e3 j; V* E闻强记,文理双栖,据不完全统计,迄今已写了五十本以上的书,其代表作有《$ z0 _) S7 p: a& h
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密码传奇》、《人人都能懂得的相对沦》、《表里不一的宇宙》、《好科学、坏
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科学、伪科学》、《不可思议的矩阵博士》、《数学狂欢节》、《啊哈?灵机一
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动》、《从惊讶到思考——数学悖挑奇景》等。
7 d$ P6 D9 p& y# c马丁·加德纳曾多次获得过重奖。他连获美国物理学会及美国钢铁基金会的优秀
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科学作者奖(美国一般都把科普作家称为“科学作者”),他的肖像曾在《生活
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》杂志及《新利周报》上刊登过。尽管他从来没有当过教授,但世界各国许多第2 S: F6 X( k- R

6 u" A1 j" F& g. a8 }( k* I一流的数学家一听到他的名字,都无不肃然起敬。总而言之,他是一名大名鼎鼎! W! h0 q% a# k1 B0 c9 @3 s

6 R! S% s& l8 C4 f6 p& w0 T4 \的人物。 : `( [: R! y$ q; E# m! ]: K5 w
传数学科普的功臣 6 |* G  Q$ s" c; ^  e, i" l) `
正如马丁·加德纳的继任者、物理学家道格拉斯·霍夫斯塔特所作的评价:“加3 }% Q) G+ N: ~

8 o2 }( ?& [; S德纳先生是无可替代的”,“他是数学的大功臣”,他为数学招兵买马,把无数
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* _1 t# u$ M1 H3 ~5 B青少年引进了数学的庄严殿堂,以数学本身所具有的魅力和内在美吸引他们以之
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作为终身职业,在纯粹数学与应用数学的各个领域内寻找“对胃口”的分支学科
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,使自己逐步成长为数学尖子和接班人。他不愧是这门学科迄今为止最出色的宣  }' T& [6 G+ U& I8 Q% }

% J! N7 E. x" s传家、推销员、带路人与“牧师”。
8 O- ]3 v& B3 R# r" ]- o加德纳的主要的活动是高级科普杂志《科学美国人》(Scientific American),的
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  L0 p$ V3 z5 F/ b) |一位长期专栏作家。
. w- h. A6 q# v5 G% p6 p在《科学美国人》杂志上撰稿的,一般都是各个科学、技术领域中的专家。众所' d6 F+ o, r; w2 F" w- u

; I8 w$ [# b0 |3 z8 M2 T周知,很少有人在这家杂志上发表过两篇以上的文章,罕见的例外就是加德纳。
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1 m! J! u1 k, t8 T& Q- b$ _1 _他从1957年第一期开始,一直写到1980年年底,整整二十四个年头,几乎月月有
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文章,前后不下二百多篇。他所包办的这个“数学游戏”专栏,终于成了该杂志* a: C* J' r8 m: g# w
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的一个“特色产品”,当然也是货真价实的“拳头产品”了。
% ~) T8 [2 ]  n  {% z) \% [& u马丁·加德纳读万卷书,行万里路,知识非常渊博,所发表的数学科普文章,内" O" N8 a* _3 z7 X; E

4 ]0 f: }2 z- |3 j, y' J/ \5 D( g容几乎涉及数学的每一个分支,从最简单的算术、代数到莫测高深的拓扑学,超
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穷数,覆盖面之广泛,“热点”之众多,令人侧目。每个读者都可以“各取所需6 @+ |' w' K  V* w+ O) J7 W

7 z- U4 Q: x5 Q# P- D”,从他那里找到适合自己的文化程度,极为合身,又能投其所好的阅读材料。 ) W5 z8 n0 o: Q0 K% a- O+ E3 j7 y& S
马丁·加德纳如今虽然已有94岁高龄,但笔力仍健。前年夏季,《科学美国人》
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杂志上就破例刊出了长达8页,不下二万余字的他的专文“趣味数学五十年”。
1 y- |! K- _" s马丁·加德纳的一些最精彩的篇章,是关于数学中微积分以上的课题。其主要内- r$ M2 u7 f6 W" w4 m
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容有数论、图论、概率论、群论、矩阵、组合分析、仿射几何、射影几何、差分+ M9 ~- L0 z  \5 ^1 m. Y
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学、算法理论、拓扑学等等。这些高级专题历来被认为是“阳春白雪”,曲高和
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寡,一般科普作家总是感到十分头痛而碰都不敢去碰的。然而马丁·加德纳却从* r3 Z* ]: x0 E7 Y1 ^9 z. S) O, ^

$ A! q; ^# k, [( u& Y, m中发掘出了大宗宝藏,这就使得他高出同行之上,独树一帜。在这方面,就连历1 |) j% P9 E# k: X8 O% D3 Y6 B
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来著名的苏联数学科普作家别莱利曼也比不上他。众所周知,群论是近代数学的
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一个重要主题,但一般教科书上都讲得玄之又玄,往往老师在课堂上讲得舌敝唇8 j7 W' \5 O+ ~, H+ v

- x: P, e# b$ f焦,下面的学生还是听不懂。马丁·加德纳却能用部队操练动作(立正,向左转
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! e+ Z5 x$ m& l! S1 J1 Q9 D,向右转,向后转……),穿袜子,小姑娘编发辫等事例极其通俗地来说明“群& w/ [6 X2 ]& j! D. L- Y
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论”的许多概念,而且丝毫无损于定义的严密性。这的确是巨大的成功!所以他
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的科普作品,对于高等数学的教学与传播是很能说明问题,很起作用的。这也是; f" J) ^( F  |) y2 J- P- V/ J

7 i7 i8 c1 x2 U1 l他的作品的真正价值所在。
! o$ ^% i8 W* G' X马丁·加德纳非常重视科普文章的质量,十分注意并经常报道数学里头的“三新
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”:新见解、新发现与新进展,甚至还敢于报道涉及军事机密的题材。
' ]! i. Q/ L) e4 d7 }1 d加德纳先生是一位多才多艺的人物,他精力充沛,兴趣与成就涉及许多方方面面
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8 a% I/ Z4 q" e0 B+ }5 A  m,远远不止是数学一门。因此,为纪念加德纳65岁生日专家们决定出版《数学加
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德纳》,
% _) ^# U2 G% d) q/ e0 e' i并且热切地盼望另外的一些书,例如《魔术加德纳》、《文学加德纳》、《哲学
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加德纳》以及《科学加德纳》等也能相继问世。 % d8 R. i) \  M$ k9 Y' h- ~. |
加德纳是趣题大师。让我们看看他的题:
3 e/ Y; }' a5 E1 y' ^5个水手带着1只猴子来到一座荒岛,见岛上有大量椰子,他们便把这些椰子平均9 r4 P. B( ]; w4 f: ~$ J6 `6 w
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分成5堆。夜籁人静,一个水手偷偷起来拿走了一堆椰子,把剩下的椰子又平均分9 p# a- S: \1 A5 }8 ^6 s) F, r
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成5堆,结果多出一只椰子丢给猴子吃掉了,过了一会儿,另一个水手也偷偷起来
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,拿走了一堆椰子后,再把剩下的椰子平均分成5堆,结果还是多了一只,丢给猴
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" L0 c/ C8 L# @# [# H子吃了。就这样一个多事的夜晚,5个水手都偷偷藏起一堆,重分了椰子,每次都1 s0 v# n* M' N% F6 }/ a) u
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多出一只椰子让猴子占了便宜。第二天一早,岛上依然平均堆放着5堆椰子。试问
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& W9 v; L3 I" T% x, L5 q:原先的椰子最少要有多少只?——这就是马丁·加德纳提出的“水手分椰子”4 j  q2 U  ~( {6 Z

0 M  e3 V9 P# M- n名题。解法很多,可谓八仙过海,各显神通。 / x0 S+ d7 C0 K' V( q
加德纳语言诙谐,文笔生动,懂得读者心理。他的文章能满足社会各阶层的需要
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; U5 `2 m% e3 J! s,尤其能紧紧抓住青少年读者。他经常发表这样一些闻名世界的数学趣题,这类# f/ R( `, ~8 o
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问题与传统的奥林匹克数学竞赛题截然不同,趣味性极强,雅俗共赏,看一眼就
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能把你“抓”住不放,又不需要很多预备知识,使你情不自禁地跃跃欲试。出题3 @' S5 G# P/ G8 C* U8 v# q; h

' i2 U* o8 o, E) {! ~7 |能达到这样的水平,可谓“炉火纯青”了。此类问题大致有着多种求解途径。例
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如涉及运筹学的“小鱼吃大鱼”问题,涉及几何与运动轨迹的“四只臭虫”问题
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. s. i9 c  u) N& I' _等。这些题目一经披露,往往会引起连锁反应,各地读者来信犹如雪片飞来,使
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6 a* |# G& ~* I0 @+ j* X. a《科学美国人》印数剧增,编辑部工作人员又惊又喜。有些素昧平生者因为同解* Q/ f+ N8 d3 {6 W: @  o9 g1 R8 D
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一道题而顿成莫逆之交,在数学家和业余爱好者之间架起了一座金桥。 $ K8 P& G5 y$ `+ \
马丁·加德纳的出身是位哲学家,所以他的一些科普文章较少使用华丽的辞藻,
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却蕴涵着很深的哲理。他令人信服地证明:数学家既可以是诗人,也可以是画家" Y: z/ e: ]+ h

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1 y. B2 h3 D9 }3 g8 {/ y* {5 K作品介绍
+ S6 [+ R! [) e/ k, C《加德纳趣味数学系列》,包括《萨姆.劳埃德的数学趣题》、《数学的奇妙》、
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; u, U+ Q% P) H8 L& r《引人入胜的数学趣题》、《近代欧氏几何学》、《无穷之旅——关于无穷大的0 }* ]1 b, S0 A

" n7 }1 R0 i  X* ^+ z  G; c) Y文化史》、《测试你的逻辑推理能力》, 加德纳在书中序言中说:“在为这本集
+ q7 b; P1 t9 w! t4 E. D2 r
& l$ b) t1 s2 J0 R! z) }/ }; H子挑选材料的过程中,我竭力寻求那些独具特色而又引人入胜的趣题,它们仅仅
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8 z' k- u7 ^: k) F/ Y8 M5 G要求最初等的数学知识,但同时又富有激励性地闪现出更高层次的数学思想。这% m  A- H& Z: Q

( h; @' ^- n0 t+ n: Y2 t些趣题(其中有许多曾经发表在《科学世界》(Science World)杂志上我主持的' u. ?% o5 O; }5 y! q
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“轻松时分”(OntheLightSide)专栏中)已被归类成章,每章各针对数学中的1 ~+ L2 n9 k: u
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一个领域。每章开头的简要评介,说明了为解决该章趣题所必须使用的数学门类
: f1 Z  H& B  W6 e7 n8 z/ }
  }  ^6 W  U" s, k的一些性质和重要性。在答案中,只要篇幅允许,我尽量详细地解释了每道题是
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如何解决的,并指出某些诱人的途径,这些途径从题目出发,蜿蜒曲折地通向数3 o. a& N9 u) D; G

- l9 L, g7 J" R. q9 ?0 @8 r学丛林中更为枝叶繁盛的地区。 3 h5 s" z" w. _# f
也许,在赏玩这些趣题的过程中,你会发觉数学比你想象的更加可爱。也许,这
0 a+ d( @$ L9 ?
: F# W+ L; S4 Z0 f* D将使你愿意认真地学习这门学科,或者减少你在着手学习一门最终需要一点高等
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8 ]/ Z& _# _4 L1 F6 l; X数学知识的科学时的犹豫。
  x. _7 A9 k; q% e/ }的确,现在没有人可以怀疑数学的巨大实用价值。没有数学工具,就不可能有现) m, l( c4 @8 L6 y

& {0 {8 R3 f: y( R5 K代科学的发现和发明。但是,许多人并不理解,数学家事实上从数学中得到了愉/ Z& a+ ~- s  @

3 ~: B7 @1 [' b3 z悦。用我的话来说,经过深思熟虑对症下药地摆平了一道有趣的题目,其令人愉+ [* i6 ^  T/ q) i/ q- \

: s2 V: ^  {6 y0 l! e7 T9 K悦的程度,就如同经过反复瞄准用保龄球一下子击倒了十个球瓶。” * p$ \3 m& a( z4 }
《矩阵博士的魔法数》,马丁·加德纳在这里借追踪矩阵博士欧文·约书亚,为: s1 x9 [! ?9 s

* T! r  |  F# ]. [我们摆起了数字的魔幻方阵;美国总统选举,奥斯卡金像奖提名,好莱坞红星的5 w4 c  _: H. l5 s2 H6 x8 `
: Y1 f- b+ u) S$ T% m5 s# q
预卜皆可由与其相关的基本数字预示其结果的必然性?加德纳先生在这里用叙述
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结合注释评注的方法为我们“抽丝拨茧”,将数字王国的数字奇妙组合一一展示
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在了读者面前……
5 H0 Z# x& N! g6 w本书的重点是反对与批判数字迷信的。数字迷信在世界各国都以不同的面貌出现/ A3 b1 c4 S! {- p# l
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,例如日本的“数秘术”,中国的“术数”等。
* S$ r+ c% `8 u美国虽然是个高度现代化的国家,但社会上述信之风甚盛。总统选举,奥斯卡金
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% k  t! P2 a) A像奖提名,好莱坞红星的预卜,甚至馈赠一件特异的生日礼品,也会去征求巫师
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的意见。占星术、骨相学、传心术、掌纹算命、圣经占卜法、瑜伽学、看水晶球
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……纷纷出现,真是洋洋大观,无奇不有。马丁·加德纳所写的矩阵博士长篇连+ ]9 ^7 B$ D6 b. [2 k3 k
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载,之所以能在世界著名高级科普杂志《科学美国人》上连续刊载,长达20年之- X# [1 z/ s9 Q" f; N
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久,这充分说明了杂志主编的犀利眼光:在当今美国社会,破除现代迷信仍是一
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' i* x& h* {. U% c& \6 c7 q7 O; f项应当长期坚持不懈的事业。另一方面,连载文章始终拥有大量读者,也充分证
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- c0 c+ Z2 U8 T) T; g; K2 x明文章的针对性很强,能够切中时弊,从而受到社会各阶层人士的普遍欢迎。
$ t4 }9 O" A3 C! o马丁·加德纳是世界著名科普作家,一生不遗余力地宣传数理科学,上至拓扑、
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群论,下到算术、代数,吸收了无数群众进入数理科学的殿堂,他的功绩是不可6 H6 X- P/ W9 }. Z* M$ I% G0 [
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磨灭的。
5 P' H) W' \1 v/ K1 c9 `/ Q# L本书是加德纳的另一部杰作。他写这本书是使出了浑身解数的,在写作风格上,( a0 M9 x: `- [8 J! H2 O$ @6 }
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也与他的其他许多作品有异。原则只有一个:站在迷信的对立面,始终不遗余力
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地抨击。揭露、批判和破除各式各样的诡计与花招,对伪科学也毫不留情。但是
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1 R  ~; Y, k- u, i,加德纳先生用了一种非常独特的笔法,即欲擒故纵。欲抑先扬的办法。故意先- d$ d- e* j! G% a! t4 a

9 C( }: y  y- g* b把书中的主人公矩阵博士吹得天花乱坠,神乎其神,然后又翻开他的底牌,揭露
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其骗局,把他的戏法放在光天化日之下曝光。这种高明的创作技巧与富有幻想的
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- {9 U3 N  G0 W1 h: {5 j' T' z情节,着实要比苍白无力的“批判”有力得多,也更切合美国的国情。就这点而* \' P4 b9 {8 V0 F

) C/ _% ?2 w+ X5 d- A5 k9 I论,它倒是很像鲁迅先生在《中国小说史》中所得到的晚清谴责小说,例如《官6 \4 n- O3 V# M9 L; k6 D: m

: m& \4 x( I" V场现形记》与《二十年目睹之怪现状》等嬉笑怒骂皆成文章的作品。 2 G  W$ q% U2 a% ?
《引人入胜的数学趣题/加德纳趣味数学系列》,本书笔调轻松,风格诙谐。其中
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的趣题覆盖了各种数学论题:算术、货币、速度、平面和立体几何、对策、概率- f" [6 M- W* M/ }, n
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、拓扑等。还有请你脑筋急转弯的微妙趣题。每道趣题后都有详细的答案。
& z1 g5 e/ y  U; T这是一本寓教于乐的书。以轻松的笔调、诙谐的风格带你进入奇妙的数学王国。  g* |9 D% i" b! A1 v( L
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书中的趣题几乎覆盖了各种数学论题,譬如算术、货币、速度、平面和立体几何
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; L: ^+ d/ \2 @0 L; ~、对策、概率、拓扑等。全书分为十章,以饶有趣味的方式分别探讨了这些论题
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。而每道趣题之后都有详尽的答案,你可以在穷尽心思思索后找到“柳暗花明”+ X0 L& }, K; T3 u1 W+ w$ U+ d

- V' q5 S7 a0 P+ v5 n0 [' V的解答,这实在也是一种乐趣。这些数学趣题能够调动你思考的积极性,让你在5 J+ K  D) s& z) o

3 H. s. T7 \9 F自觉主动而愉悦的心情中生发对数学和逻辑的探索与求知的欲望。你可以正襟危* \0 G* G$ A; P; @6 a

) j; d0 z" L, ^5 M/ Z# F坐地对其中的趣题进行深入的思索,更可以在茶余饭后用之作为脑力体操。而有
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. I4 N7 r/ X, T( i8 \不少趣题还与实际生活相联系。思维就在运动中活跃,相信你定可以在思考中获
4 Y8 ]) g$ J9 N; V5 p8 J2 {& |; `% m' ?& O% ]  N
得知识和心得。你会发现,即使在严密的逻辑中也蕴涵了无尽的生动和乐趣,而
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. f" }& r/ M" n- H  j原来看似严谨的数学题也是可以在轻松平易中与日常生活相通的。正如书名所言
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,确实引人入胜。
作者: steve糖果    时间: 2009-7-26 15:51
希望对各位有所收获
作者: Anvy    时间: 2009-7-26 16:00
数学现在发展的较为成熟了~不过拓扑方面的东西还是不太容易啊~
作者: cjy2007126    时间: 2009-7-26 17:49
高深的问题!
作者: steve糖果    时间: 2009-7-30 20:01
上面的几个建议大家看看,学数学其实很有趣的 4# cjy2007126




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