谈数学中的美

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  数学是我们从小就接触到的一门自然科学,她在我们的学习、生活和工作中占有十分重要的位置。现实生活中不少人把数学看成很枯燥很乏味的学科,但是事实并非如此。数学本身是丰富多彩的,她包含着无穷无尽的“美”。只要我们善于发现,细心体会,数学的“美”无处不在。下面,我们从以下几个方面去认识数学的“美”。
  一、简洁之美
  著名科学家爱因斯坦说过:“美,本质上终究是简单性。”他认为,只有借助数学,才能达到“简单性”的美学境界。爱因期坦的这种美学观,在数学界得到很多人的认同。简单、朴素,既直观有效,又底蕴深厚,这就是数学的美,堪称“至美”。比如正(长)方体,她既给人以简洁大方的立体感,又给人正气凛然、刚正不阿的“正面形象”。2008年北京奥运会开幕式上,以正(长)方体组合出寓意深远的汉字,向全世界传达了中华民族崇尚和平、和睦、和谐的民族个性。
  除此之外,数学之美还体现在思维方式和表达形式上。数学的公式与公理就是数学简洁美的最佳证据。公理、定理、概念、命题让庞杂的数学科学井然有序,完美地体现了“形式的简洁性,内容的丰富性”。工程应用上,通过数学建模,使用0、1、2……9和特定的数学符号就可以科学地、本质地描述深奥的物理现象和复杂的化学反应等自然规律。
  信息时代,“二进制”在计算机领域的应用就是数学简洁美的另一典型例子。仅用0和1就能够描绘五彩缤纷的世界——一幅美丽的图画,一首动听的歌谣,一段催人奋进的文字,在计算机里不过是若干0和1的不同组合罢了。毫不夸张地说,是数字0和1将你我拉近,将世界变成了一个“村”,将人类的文明推向到了一个新的高度。化繁为简,化难为易,简洁、直观,这就是数学的简洁之美。
  二、和谐之美
  和谐,是时代所趋,是社会所需。我们党提出建设社会主义和谐社会,无疑证明了“和谐”的极端重要性。数学中就包含着神奇而科学的和谐之美,著名的“黄金分割”就是一例。
  黄金分割就是将整体分成两部分,较大部分与较小部分之比等于整体与较大部分之比,其分割点为整体的约0.618处。0.618被全世界公认为最具有审美意义的比例数字,其美学价值堪比黄金,因此被称为“黄金分割”。有趣的是,这个数字在自然界和人们生活中到处可见:人类的肚脐正好是人体的黄金分割点;大多数门窗的宽长之比也是0.618;有些植物的茎上,两个相邻叶柄的夹角是137°28′,这恰好是圆周的黄金分割夹角,科学家研究发现,这种角度对植物通风和采光效果最佳,因此具备这样分布枝叶的植物既长势茂盛,有极具观赏之美。
  其实,黄金分割法则早在远古时代就被用到了。人们发现,古希腊神庙的壁画、雕塑、艺术品中藏着0.618的影子。而伟大的建筑师对黄金分割特别偏爱,无论是古埃及金字塔,还是巴黎圣母院,抑或是法国的埃菲尔铁塔,随处都体现着黄金分割的法则。
  音乐是人类的共同语言。人们用1,2,3,4,5,6,7这几个数字表示不同的音阶,谱写出优美动人的曲调。弦乐器的琴马放在琴弦的0.618,能使琴声更加柔和甜美。由此可见,自然的和谐,社会的和谐,离不开数学。这就是数学的和谐之美。
  三、对称之美
  如果说黄金分割是隐藏的美,那么对称则是公开的美。对称美是一种最基本、最容易被人理解和接受的美,是全世界、全人类共同认可的美。正如人有两个耳朵两只眼睛两个鼻孔两只胳膊两条腿一样,它们都是对称存在的。如果破坏了这种对称性也就丧失了最基本的美。
  数学是诠释对称最精确的工具,对称也是最常见的数学美的表达形式。数学的对称美一方面体现在数学表达式上,例如,加法的交换律a+b=b+a,乘法的交换律ab=ba,a与b的位置具有对称关系。从形式上讲,对称美在数学中无处不在,等号可以形成左右对称,分数是一种上下对称,括号成对出现,方阵和行列式的规整,如此等等,不一而足。数学的对称美另一方面则是体现在图形中。她是组成图形的部分与部分之间、整体与整体之间的一种对称关系。毕达哥拉斯说:“一切立体图形中,最美的是球形,一切平面图形中,最美的是圆形。”圆和球都具有中心对称性。对称图形在视觉效果上给人一种规则、平衡、匀称的美感,既不具有攻击性,又不厚此薄彼,圆润中透着大气,简单中有着神秘。太极八卦就是例证。在讲授九年级数学《旋转》一章时,我让学生欣赏宏伟的建筑设计、精美的剪纸艺术,学生在赞美和叹服之余感受到了数学的美,从而激发起他们对数学的热爱。
  四、结论
  美中有数学,数学中有美,她们是相辅相成、密不可分的。数学带给我们唯美的黄金分割,完美的几何图形,无可替代的表达形式,虚幻而又真实的多维世界。她时而神奇而赏心,时而简洁而悦目。作为中学数学老师,我们要用现代和前瞻的眼光和手法去深层发掘数学中的美——形式的、内容的、思想的,使学生在学到数学知识的同时,提高美的素养,健全美的心智。
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