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第2章 数学殿堂(2)

我们知道,时间单位小时、分、秒之间都是60进制。时间用60进制是为了等分方便和圆周规定为360度的原因。古埃及人认为360天为一年(虽然和实际有些出入),一年的时间正好观测到黄道面循环一周,而且古人认为360是一个世界上的常数,因此后来在天文观测以及圆周丈量的时候就用360作为圆周的度数。时间用60进制,是因为一天的时间长度和时钟所转的圈数完全重合,所以用60进制更方便。

60进制的沿用

至今,人类在记录时间和角度时,仍然采用古巴比伦人用的60进制。这是因为60可以被2、3、4、5、6、10、12、15、20、30整除,它的因数有10个之多,在100以内的数中,它的因数是最多的,只有96可与之匹敌。但96比60大而且不便于分割。而在分割60时,可较少地出现小数。这是60进制至今还在沿用的原因。

“一舍”有多长

在许多表示距离的单位中,你是否知道“舍”也是其中的一员呢?“舍”不是我们所说的房屋、宿舍吗?它怎么会是长度单位呢?其实,“舍”是古代的长度单位。春秋时候,晋国重耳逃出晋国,来到楚国,楚王待他如上宾。一天,楚王和重耳在叙谈中,楚王问重耳如果将来重耳能当上晋国国君,该怎么报答他,重耳说愿与楚国为友,假如晋楚之间发生战争,他愿退避三舍。那么,一“舍”是多少呢?在古代,一舍等于三十里。

“袋鼠数”是什么数

在数字的家族中,有一类数叫作“袋鼠数”。“袋鼠数”是指数字中含有自己的一个因数的数。“袋鼠数”是一种有趣的数,任何一个尾数是零的数都是“袋鼠数”。例如,560的一个因数是56,且56这个因数的数字组合顺序和560是一致的,所以,560就是“袋鼠数”。5也可以整除560,但它并不是“袋鼠数”,因为“袋鼠数”必须是2位或2位以上的数字。

一个难读的数

在你见到过的数字中,你最多能数到什么位呢?你见过1000000000000000000000000这么长的数字吗?知道它怎么读吗?1000000000000000000000000,即是一秭,相当于1024,是位于1023和1025之间的数量级,也就是等于1000000000000000000000000。它为古代中国文献中已有记载的数量级词头。在国际单位制中使用的词头为yotta(符号y),台湾经济部标准检验局所翻译的名称为佑,中华人民共和国翻译为尧(它)。

数学悖论

数学总是严密而精准,但早在2000多年前的古希腊,人们就发现了一些看起来好像正确,但却能导致与直觉和日常经验相矛盾的命题,这些自相矛盾的命题就被称为悖论或反论,即如果承认这个命题,就可推出它的否定,反之,如果承认这个命题的否定,又可推出这个命题。比如欧几里得的“我正在说的这句话是谎话”,这句话到底是真话还是谎话呢?数学悖论的研究,推动了数学的发展,使人们认识到真理的相对性,而只有不断去探索研究,才能更好地发现真理、掌握真理。

+、—号的曲折历程

加减运算是人类最早掌握的两种数学运算,古埃及的阿默斯纸草书就载有加号和减号:向右走的两条腿是加号,向左走的两条腿是减号。减号在莫斯科纸草书中表示平方。古希腊以两数并列表示相加,有时以一斜线和曲线分别表示加号和减号。15世纪,阿拉伯人以两数并列作加,而以“gs”作减号。16世纪,大多数学家都以拉丁字母p和m来表示加号和减号。15世纪后,德国人是最早使用现代的加号“+”与减号“-”的,后来,“+”和“—”传入其他欧洲国家,并渐渐流行于全世界。

神奇的缺8数

数学中,人们把数字12345679叫做“缺8数”,“缺8数”有一个让人惊讶的特点,用9的倍数与它相乘,乘积由同一个数组成,人们把这叫做“清一色”。比如,

12345679×9=111111111。

12345679×18=222222222。

12345679×27=333333333。

12345679×81=999999999。

除此之外,缺8数与99、108、117至171相乘。最后,得出的答案是:

12345679×99=1222222221。

12345679×108=1333333332。

12345679×117=1444444443。

12345679×171=2111111109。

人们也把这些数字叫作“清一色”。

奇特的幻方

幻方是由1~9这9个自然数组成的,且数字无一重合。并且这9个数在排列上既不是按递增顺序,也不是按递减顺序排列。

幻方到底有什么奇特之处呢?细看之后我们就会发现,图中任意一横行、一纵列、任意一条对角线上的数字之和都是15。数学上把具有这种特征的图表称为“幻方”,也叫“纵横图”。三行三列的幻方叫“三阶幻方”,15是三阶幻方的常数。古代把三阶幻方称为“九宫”。古书上记载的三阶幻方是“九宫者,二四为肩,六八为足,左三右七,载九履一,五居中央。”

亲和数和它的创始人

数学中,我们很少听说有亲和数。那么,究竟什么是亲和数呢?如果一个数的所有真因子之和恰好等于另一个数,那么这两个数就叫亲和数。世界上第一对被人们发现的亲和数是220和284。220的所有真因数1、2、4、5、10、11、20、44、55、110的和是284,284的所有真因数1、2、4、71、142的和是220。第一对亲和数出现在公元前4世纪,最早使用真因数这个概念的人是古希腊数学家毕达哥拉斯。

π的马拉松式长跑

圆周率π,又叫圆率或祖率,国外称鲁道夫数。圆周率指的是圆的周长和直径的比。4000年以前,圆周率已被发现。公元前16世纪,古希腊科学家阿基米德最先得出了π的值为3.14。在我国,古代的刘徽是计算圆周率的第一人,祖冲之算出圆周率小数点后第七位。公元15世纪,阿拉伯数学家将圆周率算到第16位。16世纪末,荷兰数学家鲁道夫又将圆周率算到35位。20世纪末,计算机将圆周率算到4.8亿位。21世纪初,圆周率第12411亿位在日本东京大学诞生。圆周率这个神秘的数字,让很多科学家倾尽一生研究它。

素数有多少

素数指的是只有1和它本身两个因数的数,也就是说,如果一个大于1的数,只有1和它本身能被整除,我们就把这个数叫素数,如3、5、7、11、13……都是素数。最早发现素数的是非洲人。三百多年前,欧几里德在他的《几何原本》里,给出了素数的概念,并且用反证法证明了素数在自然数中有无穷多个。

欧拉与九点圆

在数学中,三角形是一个很普通的图形,但是它却玄机多多。九点圆就是由三角形中九个特殊的点连接而作出的,因此得名九点圆。在平面几何中,任意三角形都能画出九点圆,每个三角形都有两个九点圆。九点圆是由数学家欧拉在1765年发现的,因此也被称为“欧拉圆”。19世纪20年代,著名的费尔巴哈定理,就是关于九点圆的证明,因此第一个九点圆被称为“费尔巴哈圆”。

圆面积的由来

圆面积的计算方法对我们来说很简单,可以通过一个很简单的公式,即圆面积=πr2。但在很久以前,这个问题却一直困扰着人们。祖冲之用圆的内接正六边形去尝试计算圆的面积。他让六边形的边数不断增加,这样可以使六边形的面积无限地接近圆的面积,祖冲之的尝试为后人计算圆的面积作出了重大的贡献。直到16世纪,德国的数学家开普勒创立“无穷分割法”,使圆面积的计算有了一个新发展。

有比0更小的数字吗

我们数数的时候,往往从0或1开始,那么,0是数字中最小的数吗?其实,0不是数字中最小的数,世界上还有一种比0还小的数字。这种比0小的数字是什么呢?数学中用负号“—”表示比0小的数字,如果一个数比0小3,那么这个数就表示为—3。我们把比0小的这些数叫做负数,负数和正数是相对的,它们以0为对称点,呈对称分布。

小数点的作用

小数是十进分数的另一种表示形式。小数点,数学符号,用于在十进制中隔开整数部分和小数部分。小数点左边是整数部分,右边是小数部分。别看小数点很不起眼,可小数点位置如果移动的话,将会引起小数大小的变化。向右移动小数点,小数便会扩大10倍、100倍、1000倍……反之,则会缩小10倍、100倍、1000倍……

《西游记》里的倒数诗

数是一个很灵活的家伙,我们不仅能用它来计算,还能用它来组成内容丰富的诗歌。在《西游记》里,描写唐僧和徒弟们西天取经时,就有这么一首数字诗:

十里长亭无客走,

九重天上观星辰。

八河船只皆收港,

七千州县尽关门。

六宫五府回官宰,

四海三江罢钓纶。

两座楼头钟鼓响,

一轮明月满乾坤。

这首诗从十说到一,成为别具一格的“倒数诗”,增加了小说的趣味。

微妙的数学运算

数学中的符号和数字看似简单,但里面却有着我们不易察觉的微妙之处。如把10、9、8、7、6、5、4、3、2、1这十个数字不打乱顺序,添加适当的运算符号,就能让它们组成十个计算结果分别等于10、9、8、7、6、5、4、3、2、1算式。不信你试试,下面就是其中的几个例子:

10+9—8—7+6+5—4—3+2×1=10;

(10+98+76)×5÷4÷(3+2)+1=9;

(10+9+8—7)×6÷5÷4+3—2+1=8;

(109—87)÷(6+5)+4+3—2×1=7;

(10+9+8—7—6)×5—43—21=6;

(10+9+8+7+6)÷5—4÷(3—2)+1=5;

10×9—87+65—43—21=4;

(109—8+7)÷6—54÷3+2+1=3;

(109+87—6)÷5—4—32×1=2;

(10×9—87)÷(6×54—321)=1。

赢来掌声的数

1903年,美国数学家科尔在一个学术报告会上做了两个长长的计算。这两个计算分别是:

267—1=147573952589676412927和193707721×761838257287=147573952589676412927。科尔计算的两个结果完全相同,他的计算表明267—1不是质数,而是一个较大的合数,因为它可以分解成两个大于1的自然数的乘积。很多自然数都不是质数,为什么证明了267—1不是质数就要鼓掌呢?原来,267—1一直以来被人们认为是质数,而科尔的证明打破了这一观点。因此267—1不是质数得到了一个有力的证明。

梅森数与梅森质数

梅森是法国数学家,他研究过形如2p—1的数,其中p是质数,后来人们把这类数称为梅森数。梅森证明了当p=2、3、5、7、13、17、19、31时,对应的8个梅森数都是质数。因此,人们认为大多数的梅森数都是质数。如果一个梅森数是质数,就叫做梅森质数。通常打破大质数纪录的都是梅森数。当人们要寻找更大的新质数,往往就会到梅森数里去淘金。

最大的质数是多少

质数是指只能被1和它本身整除的数,通常的质数都来自梅森数家族。人们一直在探索最大的质数到底是多少。1985年发现的大质数是第30个梅森质数,有65050位数字,这个纪录在7年后被刷新。1992年发现了第31个梅森质数,有227832位数字。1994年又发现了第32个梅森质数,有258716位数字。到1996年发现了第33个梅森质数,有378632位数字,它是21257787—1。因此,到目前为止,最大的质数还处在不断的探索阶段。

怎样用简单数字加密

现代社会,人们破译密码的技术越来越高明,这对人们的安全是一种威胁。我们如何用简单易记的数字来加密呢?如11111这个数很容易记,我们可能会用它来设置密码。殊不知,这个数也很容易被别人发现而泄露。如何用这个简单的数字来加密呢?如果我们知道11111这个数能分解成两个质因数的乘积,即11111=41×271,就可以把两个质因数连写成41271来进行双重加密。

世界第一个难解密码

设置再繁琐的密码,也可能被高手破解。世界上曾经出现了一个很难破解的密码锁,这个密码锁是1977年由三位科学家和电脑专家设计的,他们把一个127位的数进行分解来加密,他们估计人类要想解开这个密码,需要40个1千万年。令他们没有想到的是,仅仅过了17年,经过世界五大洲的600位专家利用1600部电脑,借助电脑网络,埋头苦干8个月,终于攻克了这个号称千亿年难破的超级密码锁。

玩扑克的数学拐骗法

在一些娱乐场所,我们经常能看到摊贩利用扑克骗人的把戏。他们常在一个圆圈的周围摆满各种奖品,然后拿出一副扑克让人们随意摸出两张,将两张扑克的数字相加,得到几,就从几开始按预先说好的方向转几步,数字前的奖品就归游客,唯有转到一个位置必须交2元钱,其余的位置都不需要交钱。乍一看,这是白给钱的买卖,其实,这是骗人的把戏。

通过图可以看到:由圆圈上的任何一个数字或者左转或者右转,到2元钱位置的距离恰好是这个数。因此,摸到的扑克数字之和无论是多少,都可能转到2元钱位置上。即使转不到2元钱,也只能转到奇数位置,绝不会转到偶数位上。我们仔细观察就会发现,所有贵重的奖品都在偶数字前,而奇数位置上的奖品都是一些微不足道的小奖品。摊贩正是根据这种骗人的把戏来获取利益的。

蜂窝猜想

4世纪,古希腊数学家佩波斯提出一个猜想,蜜蜂采用最少量的蜂蜡建造成正六边形蜂窝。这一猜想被称为“蜂窝猜想”。人们一直疑惑,蜜蜂为什么不把巢室筑成三角形、正方形或其他形状,而偏偏要筑成六边形的呢?蜂窝猜想长久以来一直没有人能证明。直到美国数学家黑尔宣称自己已破解了这一猜想。蜂窝的每一个蜂巢都是六面柱体,而且相邻蜂巢之间的角度都是120度,是因为这样的蜂巢不仅美观,而且所占的面积也是最小的。

阿基米德的几何墓碑

阿基米德是古希腊著名的数学家和物理学家,他不仅在物理上有很深的造诣,发现了著名的杠杆原理,在数学上,也作出了很大的贡献。阿基米德曾经发现,一个内切于圆柱的球和一个与圆柱同底等高的圆锥,三者的体积比是:圆锥∶球∶圆柱=1∶2∶3。这一有趣的发现,让他产生了在自己墓碑上刻上这个图案的想法。他死后,马塞拉斯给他建了一块墓碑,并在上面刻着一个球和圆锥内切于圆柱的图案,来纪念这一发现。

胡夫金字塔的数学原理

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