数学之美,理性与思维的碰撞

爱美之心,人皆有之。人们执著地追求美,当我们聆听一首优美的乐曲,观看一幅精美的图面,或置身于幽雅的大自然中,我们便会全身心地感到愉悦,受到一种美的陶冶。


数学之美,理性与思维的碰撞

可是,除了艺术的美、大自然的美外,人们是否想到科学也有美,数学也有美呢?有不少中小学生认为学习数学很艰苦、枯燥无味,不存在什么美感的问题,只是为了考试,为了升学而不得不学习数学。

数学果真无美感可言吗?否。古今中外有许多知名学者都认为数学是美的,并作过精辟的论述。


数学之美,理性与思维的碰撞

图一 心形线

古希腊学者毕达哥拉斯说:"美就是和谐,整个天体是一种和谐,宇宙的和谐是由数组成的,因而构成了整个字宙的美。"提出了数的美的三段论。

英国哲学家、数学家罗素认为:"数学,如果正确地看它,不但拥有真理,而且也具有至高的美,是一种冷面严肃的美,这种美不是投合我们天性脆弱的方面,这种美没有绘画或者音乐那样华丽的装饰。它可以纯净到崇高的地步,能够达到只有伟大的艺术才能谱写的那种完满的境地。"这就道出了美的特殊性。

英国数学家怀特海说:"作为人类精神最原始的创造,只有音乐堪与数学媲美。只有取得过数学财富的少数人,才能尝到数学的'特殊乐趣'。"这似乎说数学是"阳春白雪,和者盖寡"。

而另一位英国数学家哈代的看法要实在些:"现在也许难以找到一个受过教育的人对数学美的魅力全然无动于衷,实际上,没有什么比数学更为普及的科学了。大多数人能欣赏一点数学,正如同多数人能欣赏一支令人愉快的曲调一样。"即数学也有它"下里巴人"的一面。

外国的学者如是说,那么中国的学者对数学的看法又如何呢?

香港旅美数学家、菲尔兹奖和沃尔夫奖获得者丘成桐说:"数学家找寻美的境界,讲求简单的定律,解决实际问题,而这些因素都永远不会远离世界。"即数学有取之不尽的源泉。

我国现代著名数学家徐利治教授提出:"所谓数学美的含义是丰富的,如数学概念的简单性、统一性,结构系统的协调性、对称性,数学命题与数学模型的概括性、典型性和普遍性,还有数学中的奇异性等,都是数学美的具体内容。"徐利治指出了数学美的具体含义。其实,数学美并非"阳春白雪,曲高和寡"。当我们悟出了一个出色的数学公式,当我们用巧妙的方法解答出一道数学难题时,我们心中不也充满了一种成功的喜悦吗?我们在学习数学时,当看到一个优美对称的图形,一个代数轮换对称式,不也为这些图形和算式的对称协调而赏心悦目,充满一种美感吗?


数学之美,理性与思维的碰撞

图二 数学才是世界上最浪漫的学科

当我们遇到一道数学证明题,它的条件式和求证式都具有对称的形式,而正是由于这种对称美的启示,促使我们采取一种"对称"的手段,而使问题简捷地获证。蓦然回首,我们不也像欣赏首优美的乐曲一样充满了愉悦之情吗?当然,从数学上得到的满足与对音乐的欣赏相比,需要有更高的数学素养。

如今,数学已成为研究自然科学和社会科学的基础科学,它已渗透到包括文学、音乐、美术、建筑等各个领域之中,在科学技术生产生活等方面也都有数学的用武之地。难怪20世纪最伟大的数学家希尔伯特把数学比喻为"一座鲜花盛开的园林"。他鼓励我们去寻幽探胜,去向人们介绍这些奇景秀色,去共同赞美它!

笔者面对"数学美"这浩瀚的海洋,虽难以在这海洋中邀游,但偶涉浅滩,在海滩上拾到了些精美的贝壳,现将这些贝壳连成小串献给我的同仁们,以期通过我们——数学教师的共同努力,让青少年学生对这些小小贝壳,能从艺术和思维的角度来鉴赏,首先感受到"数学美",并使他们在美的熏陶下,得到感情的共鸣和思维的启迪,以极大的热情去学习数学、掌握数学、运用数学。


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