數學之美,理性與思維的碰撞

愛美之心,人皆有之。人們執著地追求美,當我們聆聽一首優美的樂曲,觀看一幅精美的圖面,或置身於幽雅的大自然中,我們便會全身心地感到愉悅,受到一種美的陶冶。


數學之美,理性與思維的碰撞

可是,除了藝術的美、大自然的美外,人們是否想到科學也有美,數學也有美呢?有不少中小學生認為學習數學很艱苦、枯燥無味,不存在什麼美感的問題,只是為了考試,為了升學而不得不學習數學。

數學果真無美感可言嗎?否。古今中外有許多知名學者都認為數學是美的,並作過精闢的論述。


數學之美,理性與思維的碰撞

圖一 心形線

古希臘學者畢達哥拉斯說:"美就是和諧,整個天體是一種和諧,宇宙的和諧是由數組成的,因而構成了整個字宙的美。"提出了數的美的三段論。

英國哲學家、數學家羅素認為:"數學,如果正確地看它,不但擁有真理,而且也具有至高的美,是一種冷麵嚴肅的美,這種美不是投合我們天性脆弱的方面,這種美沒有繪畫或者音樂那樣華麗的裝飾。它可以純淨到崇高的地步,能夠達到只有偉大的藝術才能譜寫的那種完滿的境地。"這就道出了美的特殊性。

英國數學家懷特海說:"作為人類精神最原始的創造,只有音樂堪與數學媲美。只有取得過數學財富的少數人,才能嚐到數學的'特殊樂趣'。"這似乎說數學是"陽春白雪,和者蓋寡"。

而另一位英國數學家哈代的看法要實在些:"現在也許難以找到一個受過教育的人對數學美的魅力全然無動於衷,實際上,沒有什麼比數學更為普及的科學了。大多數人能欣賞一點數學,正如同多數人能欣賞一支令人愉快的曲調一樣。"即數學也有它"下里巴人"的一面。

外國的學者如是說,那麼中國的學者對數學的看法又如何呢?

香港旅美數學家、菲爾茲獎和沃爾夫獎獲得者丘成桐說:"數學家找尋美的境界,講求簡單的定律,解決實際問題,而這些因素都永遠不會遠離世界。"即數學有取之不盡的源泉。

我國現代著名數學家徐利治教授提出:"所謂數學美的含義是豐富的,如數學概念的簡單性、統一性,結構系統的協調性、對稱性,數學命題與數學模型的概括性、典型性和普遍性,還有數學中的奇異性等,都是數學美的具體內容。"徐利治指出了數學美的具體含義。其實,數學美並非"陽春白雪,曲高和寡"。當我們悟出了一個出色的數學公式,當我們用巧妙的方法解答出一道數學難題時,我們心中不也充滿了一種成功的喜悅嗎?我們在學習數學時,當看到一個優美對稱的圖形,一個代數輪換對稱式,不也為這些圖形和算式的對稱協調而賞心悅目,充滿一種美感嗎?


數學之美,理性與思維的碰撞

圖二 數學才是世界上最浪漫的學科

當我們遇到一道數學證明題,它的條件式和求證式都具有對稱的形式,而正是由於這種對稱美的啟示,促使我們採取一種"對稱"的手段,而使問題簡捷地獲證。驀然回首,我們不也像欣賞首優美的樂曲一樣充滿了愉悅之情嗎?當然,從數學上得到的滿足與對音樂的欣賞相比,需要有更高的數學素養。

如今,數學已成為研究自然科學和社會科學的基礎科學,它已滲透到包括文學、音樂、美術、建築等各個領域之中,在科學技術生產生活等方面也都有數學的用武之地。難怪20世紀最偉大的數學家希爾伯特把數學比喻為"一座鮮花盛開的園林"。他鼓勵我們去尋幽探勝,去向人們介紹這些奇景秀色,去共同讚美它!

筆者面對"數學美"這浩瀚的海洋,雖難以在這海洋中邀遊,但偶涉淺灘,在海灘上拾到了些精美的貝殼,現將這些貝殼連成小串獻給我的同仁們,以期通過我們——數學教師的共同努力,讓青少年學生對這些小小貝殼,能從藝術和思維的角度來鑑賞,首先感受到"數學美",並使他們在美的薰陶下,得到感情的共鳴和思維的啟迪,以極大的熱情去學習數學、掌握數學、運用數學。


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