登陆注册
15655200000003

第3章 巴河姆的错误

俄国著名作家托尔斯泰不仅是一位伟大的文学家,而且还十分喜爱数学。他非常欣赏并经常向人们推荐下面的“割草人”问题:“一组割草人要割完两块地上的草,大的一块草地的面积比小的一块大一倍。全组人员上午都到较大的那块草地上去割草;下午全组人员均匀分成两半,一半人仍留在较大的草地上,另一半人到较小的那块草地上去割草。到傍晚时,大草地上的草刚好割完,小草地上还剩下一小块,第二天正好由一个人一天割完。问这组割草人共有多少人?”

这道题当然可以用代数方法求解,但托尔斯泰特别称赞利用几何图形的简便解法:如图9,左边的长方形代表大草地,右边的长方形代表小草地。设大草地的面积为1,根据题设条件,一半组员用了3个半天时间,恰好割完较大的一块草地,所以,一半组员半天恰好割草13。又因为小草地的面积是大草地的一半,即为12,一半组员半天割掉13,剩下12-13=16,恰好是一个人一天的工作量。由图知,全组人员一天共割的草地面积为4个13,即43,所以,全组人数是43÷16=8(人)。

托尔斯泰对学校里的算术教学工作很感兴趣,他甚至亲自写过一本算术课本。他特别喜欢那些貌似复杂、但能找到简便解法的算术题。对这个“割草人”问题,他就十分欣赏。直到晚年,还见人就称赞不已。实际上,这道题也的确为数学工作者所喜爱,直到今天,仍然经常出现在一些青少年教学读物中。

托尔斯泰还善于用数学概念作比喻来说明某些道理。例如,他曾用分数来比喻人的真实价值。他把别人对一个人的评价比作分子,这往往比较符合客观实际;把一个人自己对自己的评价比作分母,这往往是容易被夸大的。分子越大则分数的值越大,分母越大则分数的值越小。这是多么发人深省的至理名言!

托尔斯泰还曾经利用数学知识写过一篇小说,讽刺那些贪婪成性,要财不要命的人。题目叫做《一个人需要很多土地吗?》,这本书的大意是:有一个叫巴河姆的人到草原上去买地,卖主卖地的方法很特别。任何一个来买地的人,只要交1000卢布,他可以在一天之内,从太阳出山开始,由草原上任一点出发,在草原上走到太阳落山,如果在日落之前,他回到了出发点,那么,他这一天所走的路线所围住的土地,就算他买到的土地;如果他在日落之前没有回到出发点,那么他就一寸土地也得不到,白白丢掉1000卢布。

巴河姆认为这样的规定真是有利可图,便爽快地交了1000卢布。第二天太阳刚刚升起,巴河姆就在草原上迈开了大步。他先沿一条直线一口气走了10俄里,然后向左拐弯90°,又沿直线走了很远很远,才又向左拐弯90°,继续前进了2俄里。这时他发现天色已经不早。他已经足足走了24.7俄里的路程。于是,他不得不改变前进方向,直向出发点跑去。巴河姆终于在日落之前又跑了15俄里赶回了出发点。但是,当他停下来时,脚跟尚未站稳,便两腿一软,扑倒在地,口吐鲜血,一命呜呼了。

巴河姆付出了生命的代价,究竟换来了多少土地呢?让我们来计算一下:1俄里等于1.0668公里,巴河姆这一天共跑了(24.7+15)×1.0668=42.35公里的路程,围住了约86.72平方公里的土地,这块土地有8672公顷。

土地不可谓不多,但是人都死了,再多的土地又有什么用呢?这对那些爱财如命的人是一个绝妙的讽刺。这篇作品的讽刺意义还不止此,喜爱数学的托尔斯泰在作品中还有更深刻的寓意。

贪婪者也往往最愚蠢。巴河姆虽然贪心,拚命要围住更多的土地,但却不知道应该怎样走才最合算。他走的是一个直角梯形,如图10所示,是一种很不合理的走法。懂得中学平面几何的人都知道,如果巴河姆走一个正方形,围住同样多的土地只需要走37公里,要少走5公里。如果他走一个圆形,围住同样多的土地,则只需走33公里,大约只相当于他所走路程的3/4。这样,巴河姆也许还不至于累死哩!

为什么走圆形路线,能围住较大的面积呢?在回答这个问题之前,我们先看一个有趣的实验:将一条有固定长度的柔软的细丝的两头连接起来,围成一条有任意形状的封闭曲线(图11-a)。将此曲线轻轻地放在一个蒙有肥皂膜的铁框上(图11-b)。如果用小针将曲线内的薄膜刺破,这条曲线就立刻变成一个圆(图11-c)。

因为“在表面张力的作用下,液体有力求使其表面积达到最的趋势”。当我们刺破细线圈时,肥皂膜在表面张力的作用下,迅速向四周收缩,达到最小的面积。由于铁框的面积是固定的,线圈所围住的面积就达到最大。这个现象告诉我们:在所有周长相同的封闭平面曲线中,圆所围住的面积最大。

这个结论是正确的。但物理实验并不能够代替数学证明,它们的正确性还有待于数学的严格论证。这类数学问题称为“等周问题”,它们在高等数学中已经有了非常丰富的理论。

现在我们来证明这个结论:

设F是周长为定长l的封闭平面曲线中面积最大的图形。

首先,我们肯定F必定是一个凸图形,所谓凸图形,直观地说,就是没有凹进去的部分。数学上严格的说法是:在图形上任取两点联一线段,整个线段都在此图形的内部,称为凸图形。如图12-a。

如果F不是凸图形,如图13,必可在F上找到A、B两点,联结A、B两点的线段整个在F的外部。再以AB为轴,将凹进去的一段孤ACB翻折到AB的另外一侧,便得到一个新图形ABC′A,它的周长仍为l,但面积显然大于F的面积,这与F是周长为l的封闭平面曲线中面积最大的图形的假设矛盾。所以F必是凸图形。

其次,在F上任取一点A,从A出发沿曲线的一方前移到B点,使ACB弧的长度恰为F的周长l的一半。联结AB,把F分成两个图形F1和F1,则必有:F1的面积=F1的面积如果不是这样,则不妨设F1的面积>F1的面积,现在将F1的弧ADB以AB为对称轴翻拆过来,得到AC′B弧,则平面封闭曲线AC′BDA的周长仍为l,但所围成的面积为2F1,大于F1+F1即F的面积。这与F的面积最大的假设矛盾。

最后,我们证明最大面积的图形必为一圆形。假设在图14中F的一半F1不是半圆,如图15,在F1的边界上任取一点D,联结AD和BD,则∠ADB≠90°(否则F1的边界即为以AB为直径的圆)。AB弦与AD弧所围成的图形记作f2,BD弦与BD弧所围成的图形记作f1,(图15-a中阴影部分)。现在作直角三角形A′B′D′,使∠D′=90°,AD′=AD,B′D′=BD,则:△A′B′D′的面积>△ABD的面积再把f1加到A′D′上,f2加到B′D′上(如图15-b),得到一个新图形F′1,它的面积大于F1,但周长仍为l2。现将F′1以A′B′为对称轴翻折过来就得到一个周长为l的新图形,它的面积为F′1的2倍,必大于F的面积。与F的定义矛盾。

这就证明了,F必定是一个圆形。

同类推荐
  • 破译曾经的难解之谜(科普知识大博览)

    破译曾经的难解之谜(科普知识大博览)

    要想成为一个有科学头脑的现代人,就要对你在这个世界上所见到的事物都问个“为什么”!科学的发展往往就始于那么一点点小小的好奇心。本丛书带你进行一次穿越时空的旅行,通过这次旅行,你将了解这些伟大的发明、发现的诞生过程,以及这些辉煌成果背后科学家刻苦钻研的惊心时刻。
  • 科学我知道-Why电脑

    科学我知道-Why电脑

    本书主要讲述的是:电子计算机的概念、组成、发展、基本功能、硬件软件的组成及作用。
  • 必知的导弹火炮

    必知的导弹火炮

    本书主要讲了导弹火炮知识。军事是一个国家和民族强大和稳定的象征,在国家生活中具有举足轻重的作用。国家兴亡,匹夫有责,全面而系统地掌握军事知识,是我们每一个人光荣的责任和义务,也是我们进行国防教育的主要内容。
  • 深海水怪

    深海水怪

    在各国神话故事中都不乏对种种水怪的描述,自古以来,数以千计的人声称亲眼目睹过水怪,并给这些水怪取了许多神奇动听的名字,如“海龙”,“海蛇”,“海长颈鹿”,等等,是确有水怪还是人们在创造新的神话呢?《深海水怪》将试图与你一同揭开这些深海水怪们的神秘面纱。
  • 海洋解密百科(奥秘世界百科)

    海洋解密百科(奥秘世界百科)

    宇宙天地和自然世界真是丰富多彩、纷繁庞杂,使我们对于那许许多多的难解之谜,不得不密切关注和发出疑问。人们总是不断地去认识它,勇敢地去探索它。虽然今天科学技术日新月异,达到了很高程度,但对于许多奥秘还是难以圆满解答。人们都希望发现天机,破解奥秘。古今中外许许多多的科学先驱不断奋斗,一个个奥秘不断解开,推进了科学技术的大发展,但又发现了许多新的奥秘现象,又不得不向新的问题发起挑战。正如达尔文所说:“我们认识自然界的固有规律越多,这种奇妙对于我们就更加不可思议。”科学技术不断发展,人类探索永无止境,解决旧问题,探索新领域,这就是人类一步一步发展的足迹。
热门推荐
  • 皇明异典述

    皇明异典述

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 执笔悯生录

    执笔悯生录

    世间万物,只要是生灵,就有其存在的道理,就有其活下去的理由。悯生录,是在杀戮连连,被鲜血染红的2020年的一本免死簿。只要是名字在那上面的,都将会获得一次额外的生命。无论是人类还是妖怪,都期待着,自己的名字能被写在上面。都期待着,悯生录的持有者,能够给它们一个重生的机会。而名字在上面的,大多都在用了额外的生命后,含憾而去。(ps.这是由悯生录引发的一个个那什么,比较腐的故事。)
  • 血弑九天

    血弑九天

    本书主要叙述神魔之子如何走上修真巅峰,如何一统神魔二界。期间,他遇到些什么,又经历过什么?他是流氓气十足的小痞子,还是铁骨铮铮的汉子?他是辣手摧花,还是护花使者?请兄弟们和我一起见证主角的成长,陪他一起走上最终的巅峰……
  • 少年成长必读名著第三辑:小公子

    少年成长必读名著第三辑:小公子

    这世界上最美好的东西,莫过于同情和怜悯。无论怎样顽劣和冷酷的人,终究抵挡不住深切的信赖和纯洁的爱情。《小公子》曾被翻译成几十个国家的文字,在全世界的父母亲及少年、少女们的心里燃起过灿烂的火光。也很多次被搬上舞台,拍成电影,博得了众多喝彩和赞誉。
  • 造星系统:我是娱乐女皇

    造星系统:我是娱乐女皇

    蓝玥,手戴顶级造星系统,她是娱乐圈不能被打败的奇迹,她是娱乐圈永不磨灭的神话!蓝玥,百万专辑作曲家,顶级mv破表记录的起因,三大金奖的唯一获得者,千万票房电影的主角,她是全球顶级的王牌巨星,她是全人类心中永远的奇迹!
  • 冷情娇颜:腹黑美男宠到底

    冷情娇颜:腹黑美男宠到底

    云觉非以为,不过是出一次普通的任务,就像是曾经的千千万万次快穿世界一样。却没有想过,这一次,会把自己全都输进去。身份,身世,任务里隐藏的秘密,还有爱上的他……如果,爱上你是我引火自焚……那么,不爱你,就是我自己画地为牢。多谢你陪我。多谢你骗我。
  • 荒村公寓(蔡骏作品)

    荒村公寓(蔡骏作品)

    某天,四个大学生突然来访。他们说看了“我”在《萌芽》杂志上发表的中篇小说《荒村》以后,被激起一睹究竟的欲望,执意去荒村探险。四人从荒村返回后,短短几天内纷纷遭遇意外。而“我”也收到了一个自称“聂小倩”的神秘女子的E-mail。从此,种种离奇古怪的现象便如鬼魅般死死缠上了我,根本无法摆脱。在极度恐惧的三十个白天黑夜里,我和小倩竟然深深相爱了。可是,来自荒村的笛声唤醒了她的记忆。小倩并不属于这个人间。我却期望还能见到她。当圣物玉指环回归地宫时,灵光闪现,千古之谜终于揭晓谜底。
  • 明末大贼

    明末大贼

    1644年三月初二大明皇朝的中极殿上,狂风吹来了一个大贼子;从这一天开始历史开始改变。大贼只有一个理想,我的目光到哪里,哪里的土地海洋和天空,都是我汉族的。
  • 爱情牛奶糖

    爱情牛奶糖

    299道恋爱自测题,让你看清爱情的真相,为迷途羔羊指点爱情迷津,为分手达人洞悉性感内幕,告别剩女频繁的倒霉相亲,终结花痴MM的博爱时代,还有,和没完没了的烂桃花SAYGOODBYE,爱情的魔力、运动、魅力,让我们轻易掌控,TAKEITEASY。
  • 致命暗诱惑

    致命暗诱惑

    她以为她的一生中不会再有幸福,注定下地狱的彼岸花。冥冥中注定,此生他与她注定纠葛交织。他是豪门富少,但却是私生子,他恨透了那个为一己私欲抛下整个家庭的男人,千方百计证明自己的存在却换不来那个可贵的亲情。命中注定的相遇,同样的冷酷无情,当无情撞上无情——“我会倾覆你一切幸福!”她扬起媚世的笑容肆无忌惮尽显张扬。“那我就陪你捣乱整个苍穹!”他以45度完美弧度封住了她的唇,也封住了她的心。