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数学是什么,这个问题抽象又具象,五千年前人们就已经高水准了。

数学,这个在古代就运用在如何分配物资,如何记录收支,如何建造房屋等等,就已经在影响着人们的生活了。

壹 抽象的数学是如何发展起来的呢?

我们先来看一道数学题,那就是有9片面包,如何分给10个人呢?古埃及人给出的答案是;9/10=2/3+1/5+1/30。实际的操作是,将其中的5片平均分为2块,正好10块,每人拿1块;把剩余4片平均分成3块,一共12小块,每人再拿1块,还剩下2小块,把这2小块平均再分成5块,这样每个人就可以再拿1块。

这样就正好平均分完了。

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平均分饼

这样分有什么好处呢?公平。那公平之处在哪里呢?不但每个人拿到的块数一样,就连块的大小都是一样的。

其实,在中国古代,商高与纣王对答时,就有“勾广三,股修四,径隅五”,这里的勾是小腿,股是大腿,也就是说,人体就是一个完美的数学公式被造出来的。

在古代的大型建筑中,这个勾股定理是被独立发现的,也就是说,是存在于人们的共性认知当中的。

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勾股定理

那这个定理是谁定下的呢?这个问题留给您自己思考。

在古代文明中,数学大部分是数字,但到公元前500年,古希腊使数学有了巨大的突破。其中的,泰勒斯,毕达哥拉斯,柏拉图,亚里士多德,阿基米德,他们把数学作为一门学科建立起来。

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毕达哥拉斯

贰 数学的重要性

在生活中,小到买一根针,大到飞船上天,这一切都是以数学为基础建立起来的。在人类文明的早期,数学就开始为人类解决日常实际问题了。

现在的5G,航天,计算机,这一切都是建立在数学基础之上的,如果没有数学,那么这一切都是没有办法推进的。古代的数学家希帕克斯,采用相似三角形定理估算地球半径为3944.3英里(约合6348公里),而现代科技测量结果为3961.3英里(约合6375公里),仅仅相差17英里(约合27公里),另外,他估算地球到月球距离为238000英里(约合383024公里),现代测量结果为240000英里(约合386243公里),误差只有0.8%。

而古希腊的欧几里得,在公元前300年左右完成了《几何原本》,他深远影响了后来整个欧洲的数学,也是世界上最成功的教科书。《几何原本》使得数学这门学科体系化,全世界中小学生学习的大部分几何知识,都囊括在这本书里。

数学就是一个知识库,如果没有数学的发展,那么现今的社会就无从被建立起来,我们所处的智能社会也就无从谈起。

人类有了数学,才有了数学周边的科学,如果没有科学,社会也就无从进步。

叁 数学是什么

如果非得打个比喻的话,那么,数学是打开各个学科大门的钥匙。

数学从起初被发现,就一直推动着天文和物理学的发展。

在古希腊,就已经用大量的数学知识来解释和预测恒星与行星的位置。伟大的天文学家托勒密,建立了完整的星球运行模型,尽管现在我们验证了他是错的。

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托勒密

到了17世纪,随着解析几何和微积分等一批重要数学成果的诞生,结束了2000多年的地心说。爱因斯坦的广义相对论,把人类的认知带到了全新的阶段。

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爱因斯坦

那中国古代研究数学的是哪些人呢?在中国古代,研究数学叫筹人。也就是说,数学和天文学是不分家的。

数学之上发展出来的是物理学,而物理学又推动了天文学的发展,而物理学的小手天文学就抓了宇宙的模型。很大程度上,今天的宇宙模型是建立在爱因斯坦广义相对论之上的。

我们常说的爱因斯坦广义相对论,他又是建立在黎曼几何之上的。

人们至今还是很难给数字下一个清晰完整的定义。是非常抽象的,但它又是连接抽象思维和现实世界的通道。数学作为一种可以把抽象化的世界具象化,而又可以把现实世界抽象化的工具,也从另一个层面说,数字是一种哲学。

从百合花的花瓣数,到棉花、向日葵,菊花,这些植物的花瓣数都符合斐波那契数列,即0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89……如果把斐波那契数列的后一项除以前一项,随着数字的增多,这个比值越来越接近于1.61803.这个数字跟我们熟悉的黄金分割数关系密切。当1除以1.61803时,我们就会得到0.61803.所以,这个数字在大自然中是很神奇的存在,如果说这个世界没有一个比人类更智慧的创造者,那么你会相信吗?

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美丽螺线

那数学除了跟生活中的这些看得见的事物有关之外,那跟看不见但能听得见的音乐有什么联系吗?

这个问题引起了人类的思考,在研究数学和音乐之间是否存在某种惊人共性的问题上,毕达哥拉斯率先做出了行动。他把一根琴弦平均地分成1/2段,1/3段,1/4段,由此得出来这个世界和谐的比例是1:2:3:4,在这个过程中,就产生了五个声音里最重要的4个音,就是1 4 5 1,即Do Fa So Do。

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音乐

那中国的乐器也符合这个规律吗?答案是,是的。

中国古代的古琴的13个徵,都是通过数学的这种计算而来的。通过这种精确的计算来确定每一个音的音高,在弦长的有效弦长的1/2处,来确定7徵的位置,其他的徵位位置也是按照比例的不同来确定它的位置。

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古琴的徵

那把音乐用数字来如何表达呢?那就是sin函数、正弦函数,这种波形函数。我们能够听到每一个音符的振动,就是不同的sin波,音乐的组成本质上就是一堆正弦函数的组成。

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音乐就是Sin函数

数学不仅带给我们听觉上的享受,还会有视觉上的享受。

在文艺复兴时期,文艺家和科学家相信宇宙间的规律,可以通过几何原理明确地理性化,因此,很多看似是文艺家的,实际上他们还有一个身份,那就是数学家,比如达·芬奇和丢勒。

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达芬奇

如果说现在的透视画作非常受欢迎,那就不能不提起画家弗朗切斯卡,他从几何原理中推导出透视画法,从而使二维的画布可以展示三维的世界。

也正是这种透视法,改变了美术史。

你以为这就完了?没有。

19世纪的黎曼几何,把美术带入了四维的空间世界,《阿维尼翁的少女》是毕加索的封神之作,也是立体派绘画的开山之作。他把不同的透视图,在同一时间里展现出来,打破了传统的透视理论。

而另一位大师杜尚,他的名作《下楼的裸女》,把不同时间的人物形态定格在一个空间上。

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下楼的裸女

还有抽象派的画作,把自己的艺术抽象地用简洁的线条画作类似几何图形的样子。

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向上

这哪里是画,简直是抽象的数学。

音乐是最抽象的艺术,数学是最抽象的科学,人们总是在用数字构成人类的创作,从这一点来说,数学更像是艺术。

你对数学产生兴趣了吗?