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“数学小品”七则

(2013-12-28 18:10:49)
标签:

数学小品

生活中的数学

用数学的眼光看

集合映射

教学引例

分类: 天下杂谈
(一)

    中午吃过饭,在食堂里碰见了大师兄。别误会,我是三师弟。

    师兄:师弟,你来得比我晚,走得却比我早啊!

    师弟:师兄,这说明了什么?

    师兄:这说明你吃得比我快!

    师弟:师兄,你真棒!智商100分。

    后语:“来得晚,走得早”即所用时间少,又两个人吃的都是分量差不多的一盘米饭,由此得出我吃饭的速度快!

    如果用数学的眼光看,就是这样一个事实:有四个数字ABCD,若ABCD,则C-BD-A。这是小学生都能理解的。

    到了初中,就可以换一种表述方式:在数轴上从左到右依次排列四个点ABCD,显然有|BC||AD|

    到了高中,还可以换一种表述:对于区间[ab][cd],若acbd,则[ab]含于[cd]

(二)

 

    文印室里。

    我:王老师,麻烦把这个答案印一下。

    王老师:印多少份?

    我:12份。

    王老师:给你印15份。

    我:好!

    出了文印室,我就陷入了深深的思索之中。

    我思:王老师为什么要给我多印3份?

    我答:3份是备用,以防哪个老师的答案弄丢了。

    我思:如果答案丢了,该怎么办?

    我答:答案丢了之后,可以从3份中拿一份。

    我思:为什么要这样做?

    我答:这样做就可以保证每位老师总是人手一份答案。

    后语:多印答案只为了一个目的:保证每位老师人手一份。

    不妨用映射的眼光来看:设12位教师组成集合A15份答案组成集合B,建立由集合A到集合B的一个映射。

    由映射的定义知,A中的任一元素在B中都有一个象与之对应,这不就是我们所追求的:答案人手一份吗?B中的元素在A中却不一定能找到原象,这不就是我们所做的:宁可多印,以防万一吗

    我被感动了:王老师在多年的文印室工作中,必定对映射的概念理解得十分之透彻,不然怎会运用得如此之出神入化?王老师已经做好了榜样,那我们这12位老师也要做好自己的事:每个人只能拿一份答案,可不许多拿哦!因为映射的定义中特别强调了:A中的元素在B中能且只能对应一个象。

    再用变化的眼光来看:将答案的份数设为n,如果n12,将会出现2个老师甚至是多个老师看一份答案的情况,这不是单射,是满射;如果n=12,正好一人一份答案,老师与答案之间一一对应,这既是单射又是满射,名作一一映射;如果n12,答案就会剩余,这是单射,但不是满射。

(三)

 

    情境对话A

    儿子:爸爸,早餐钱还没给我呢!

    爸爸:儿子,爸爸身上只剩下2块钱了。

    儿子:之前一直不都是5块吗?

    情景对话B

    儿子:爸爸,早餐钱还没给我呢!

    爸爸:给你5元钱,都要用来吃早餐,可不许乱花啊!

    儿子:知道了,爸爸。

    情景对话C

    儿子:爸爸,早餐钱还没给我呢!

    爸爸:儿子,上次考试你考得真好,爸爸给你10元钱!

    儿子:哇,爸爸你真棒!

    后语:第一个爸爸只给了儿子2元钱,虽可以买早餐(必要),但是不够(不充分),将会导致儿子吃不饱;第二个爸爸给了儿子5元钱,刚好够(既充分又必要),儿子恰好可以吃饱;第三个爸爸给了10元钱,不仅够(充分),而且还多了(不必要),儿子吃饱后,将会剩余5元钱。

    数学里,若由P可以得到Q,则把P叫做Q的充分条件,Q叫做P的必要条件。

于是以上事实用数学的眼光看就是:

    2元钱不足以吃饱,则2元钱不是吃饱的充分条件;而若想吃饱,2元钱是必需的,则2元钱是吃饱的必要条件;综上,2元钱是吃饱的必要不充分条件。同理,5元钱既是吃饱的充分条件,又是吃饱的必要条件,简称为充分必要条件。10元钱则是吃饱的充分而不必要条件。

    反思:现实生活中,必要条件很多,而充分条件鲜矣!不信你看:拿着2元钱的儿子去吃了早餐,暂时不饿了;拿着10元钱的儿子去了网吧,到现在还饿着肚子呢!

(四)

 

    客厅里,老婆悠闲地嗑着瓜子,看着电视。老公却在满头大汗地拖地。

    老公:老婆,我能歇会儿吗?

    老婆:你有175吗?

    老公:没有,但我能歇会儿吗?

    老婆:你会做饭吗?

    老公:不会,可是我想歇会儿。

    老婆:你是“富二代”吗?

    老公:不是。

    老婆:那你是“官二代”吗?

    老公:也不是。

    老婆:你有车吗?

    老公:没有。

    老婆:那你能给我500万吗?

    老公:不能。

    老婆:既不是高富帅,也不是神马“官二代”、“富二代”,连个做饭都不会,你会做什么啊?

    老公:拖地。

    后语:好一个剽悍的“老婆”!在“老婆”的眼中,只有些“高富帅”、“官二代”和“富二代”,哪里还有眼前的穷酸“老公”!

    面对“勤劳老公”的一个小小要求,“老婆”却摆出了种种苛刻要求作为回绝的理由,这口气哪个男人可以忍受!

    “老婆”的要求是不是过于苛刻了呢?用数学的眼光看:就像一个方程组,如果要求的条件过多,很可能就会无解。“老婆”这种百般无理之要求不就是要陷“老公”于无解的绝境吗!

    再用数学的眼光来看:不妨将“老婆”提出的每个要求都记为集合,A={175以上的男人}B={会做饭的男人}C={富二代}D={官二代}E={有车的男人}F={500万的男人}“老婆”心目中的男神大抵就是交集ABCDEF中的那些男人吧。但按照常识,对于互不相同的集合A1A2,…,An,…,相交的集合越多,交集将会越小,如果“可恶老婆”继续提出各种无理要求的话,最后的交集就会是个空集!醒醒吧,还在做着美梦的女人们!

(五)

 

    晚上,不知怎地说起了励志电视剧。

    我:青春励志电视剧看过一些,但不经常看。

    段:我觉得看着挺好的,激励自己去奋斗。

    我:最好的励志剧,其实是自己曾经走过的路。

    段:看看励志故事,发现比你牛B的人还在不断努力,你还有什么理由不努力呢?

    我:这句话用运动的观点来说就是“初速度比你大的人加速度都比你大,你还有什么理由不提高自己的加速度呢”。

    后语:比自己牛B的人都比自己努力,自己还有什么理由不努力呢?先天条件比不上别人,再不努力,就永远被甩在身后了。

    将这个道理抽象为数学模型:两种人的先天条件可用两个函数的初始值代替,人生高度用函数值的大小表示,表征努力程度可用两个函数的一阶导数。于是,用数学的眼光来看就是:

“数学小品”七则
“数学小品”七则

(六)

 

    中午,和2位同事一起去吃饭的路上。

    同事A:今天食堂几楼有饭呢?

    同事B1楼,2……2楼还是3楼?

    同事A:只要不是1楼就行,2楼或3楼都可以。

    同事C:还有可能是回民食堂啊。

    同事A:哎,算了,不想了。到了就知道了。

    今天周六,按照惯例,学校只安排食堂的1个楼层供餐,那到底是哪个楼层呢?由三人的对话可知,共有4种可能1楼餐厅,2楼餐厅,3楼餐厅,回民餐厅。

    如果用数学的眼光来看,就是一个分类讨论问题,讨论的情况有4种。同事A抛出问题后,同事B首先做了回答,但TA的回答不尽完美:①“2楼”说了两次,显得啰嗦;②由同事C的补充知,还漏掉了“回民餐厅”的情况。这提示我们在分类讨论时,一定要做到“不重不漏”!当然这由分类的标准所决定

    对于自己提出的问题,同事A的态度是“不是1楼就行,2楼或3楼均可”,也就是说对于同事A,他会把“2楼”和“3楼”合并为1种情况。这表明标准的选择可能会因人而异,但应以简捷为好!

    最后,同事A的一句“算了,不想了。到了就知道了”结束了整个对话。这句话有2层含义:①同事A选择了最简捷的分类标准——没有标准。反正每个餐厅的饭菜都差不多,再好的饭菜吃多了也会腻,无所谓了;②我们这样的讨论是没有必要的。因为到食堂门口看下通知就“真相大白”了。这启示我们:讨论切莫盲目!有时适当地结合具体情况就可避开很多无用之讨论。

    “分类讨论”不仅是解决问题的一种逻辑方法,也是一种重要的数学思想。既然提到数学思想了,就说下中学里常见到的4种:函数与方程、转化与化归、分类讨论、数形结合。这里给出4种思想的一句话经典概括

    函数与方程——神马都是函数,一切皆为浮云。世界在变化,有变化的地方就有函数。函数图象上的一个点就是一个方程,按照笛卡尔的设想,一切问题最终都归结为方程问题,会解方程,一切就皆为浮云了。

    转化与化归——乾坤大挪移。把未知化为已知,把陌生化为熟悉,把复杂化为简单……转化无处不在!转无影,化无踪!这和绝世武功“乾坤大挪移”之精髓不正好相通吗——颠倒一刚一柔、一阴一阳的乾坤二气,随意而行。

    分类讨论——这是神马情况。讨论就意味着会有多种情况,情况一多就有弄不清的可能。于是众童鞋常常疑问:这是神马情况?

    数形结合——有图有真相。网络日益发达的今天,图片成为了非常流行的表达方式,数学却早已超前!当代著名数学家华罗庚先生就曾说过:数缺形时少直观,形少数时难入微;数形结合百般好,隔离分家万事休。“数”指代数的逻辑演绎,这就是真相;“形”多指函数图象,这就是图形。华先生不就是在强调做数学最好要“有图有真相”吗?这样说服力才更强。

(七)

 

    办公室外的地板是斜着铺的。

    当我意识到这一点时,禁不住心里一颤。

    我问:地板不是长方形吗?

    我答:是啊!没错。

    我问:可……可我现在看到的明明是平行四边形……。

    我答:咦,这是怎么回事?

“数学小品”七则

“数学小品”七则

 

    后语:地板可近似看作长方形,这是不争的事实。但我们眼中的地板又确信无疑的是平行四边形,难道是眼睛欺骗了我们?

    非也!北宋苏大学士有诗云:横看成岭侧成峰,远近高低各不同。这是看山的道理:横着看是一道道岭,侧着看又成一座座峰。同一个事物,从不同的角度欣赏,就会得到不同效果,人的感受自然也不一样。

    其他事物也是同样的道理。不信?随手拿起一本书,试着变换书在眼前的摆放位置,看看书在你的眼中成了什么样?图1,图2,图3,样样都有!

“数学小品”七则

 

    于是,为了展现立体图形的立体赶脚,在数学上,常常把水平的长方形画成一个平行四边形,因这和我们眼睛里的世界是相符的。

想更深入的了解,就必须提及斜二测画法。但现在还是就此打住。

“数学小品”七则

杨春波(高新区枫杨街 郑州外国语学校,河南 郑州 450001)

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