

为您讲述两个关于数字和函数的有趣故事

别怕,今天咱们不讲那些令人头疼的不等式、微积分知识,而是跟着数学家史蒂夫·斯托加茨,以另一种视角,而非应试教育的角度来看数学,你会发现它非常有趣。
1,2,3,4,5,6,7,认识这些阿拉伯数字,是现代人学数学的入门课程,然而您知道,数学界最初用的计数数字并不是阿拉伯数字么?在阿拉伯数字以前,数学界一直使用的是罗马数字的数字,就用这些特殊字符的加减法组合而成。比如,罗马数字里的1用I表示,5用V表示,而4则用IV来表示,代表4是5减去1得到的数字。
这种计数方式的最大缺点是,如果需要记的数字过大,罗马字符就不知如何表达了。为此,当时的学者们不得不研究出一套修补方式,比如要记数字1万,先写出代表10的数字x,然后在x的数字上面画一条横线,这条横线的意思就是原来数字的1000倍。
如此繁琐的方式,大大增加了运算的困难程度。如果使用罗马数字运算,有人问您4个5加起来是多少,您肯定只能无奈地摇摇头了。
但是,这一切问题,都因为阿拉伯数字的发明迎刃而解。现在的计数系统就是基于以下这10个阿拉伯数字:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9。那么,阿拉伯数字有哪些优点呢?
首先,阿拉伯数字的笔画,比罗马数字要简单得多,除了4和5需要两笔,其他都可以一笔写完。其次,阿拉伯数字采用十进制计数法,从逻辑上看更加简单明了。因为有了十进制,阿拉伯数字就不需要像罗马数字那样,每个数都用不同的符号表示,而是用一个位置来表示,即数字的位置,这正是“数位”的概念。因为有了“数位”,无论多大的数,都可以用0至9这10个数字来表示,只要把这10个数字放到正确的位置即可。比如要写出1万,只要在1后面加四个零就行了。
最后,阿拉伯数字的运算也十分便利。现代人只要掌握简单的乘法口诀、进位法等,就能轻松进行加减乘除运算了。比如前面讲的那个问题“4个5加起来等于多少”,用阿拉伯数字计算的话,我们就可以直接用乘法口诀“四五二十”,很快得出结果。

如果我告诉您,所有人的对折次数都不会超过7次,您信么?这个结论可不是凭空猜想的,而是数学家根据理论推理出来的。
高中时我们学过一个函数叫指数函数。指数函数能够很直接地描述爆炸性的增长过程,比如细菌的高速繁殖。大家最熟悉的指数函数就是以10为底的10x。随着x的不断增大,函数值会以人类难以想象的速度急速增长。
这也是为什么一张纸不能对折7次以上的原因。纸张每对折一次,纸的厚度就会增加一倍,与此同时,纸的长度会缩小1/2。在不断对折的过程中,纸的厚度呈指数增长,而纸的长度呈指数减小。一般的纸张在对折7次以后,纸的厚度会大于纸的长度,就不能再对折了。
不过细心的朋友可能会想到,如果纸的厚度足够薄,纸的长度足够长,能不能折7次以上呢?
您想的这个问题,美国一位高中生也想到了。这位高中生名叫加利文,加利文根据折纸原理推算出了一个公式,通过公式计算出折纸次数达到最大时,纸的长度和厚薄。最后她得出,需要一卷特制的厕纸,纸的长度大约1200米。
2002年1月,加利文买到了满足她要求的纸,经过7小时的努力,这张纸一共对折了12次,打破了当时的世界记录。
您看到了么?貌似深奥的数学理论,只要发挥想象力,运用中学的数学知识,敢于实践,您也可以像加利文一样,挑战数学家的权威,甚至创造世界纪录。
从阿拉伯数字的奇妙与伟大,到通过一张纸的对折次数,我们便可以感受指数函数的爆炸式增长。这两个故事,是否打破了数学在您心中的固有印象呢?
在《x的奇幻之旅》中,作者还用数学理论回答了很多有趣的日常问题,比如您知道多长时间、以何种方式翻转床垫,才会让床垫的破损率最小么?您知道谷歌搜索引擎是如何找到用户想要的网页的么?您知道结婚之前,应该和多少位异性约会最合适么?
想知道这些问题的答案,就翻开本书,跟作者一起畅享一段关于数学的奇幻之旅吧。
原标题:《好书推荐 ‖ 《X的奇幻之旅》》