數(shù)學之美(13)——從堅“整”不渝到伽利略的困惑

龐加萊曾經(jīng)說過:能夠做出數(shù)學發(fā)現(xiàn)的人,是具有感受數(shù)學中的秩序骏掀、和諧担猛、對稱瞒窒、整齊和什么美感的人。

在數(shù)的海洋里,總有些規(guī)律令人沉迷。

堅“整”不渝

雅克布·伯努利是瑞士著名的數(shù)學家津坑,他的主要發(fā)現(xiàn)有對數(shù)螺線。

對數(shù)螺線是一根無止盡的螺線傲霸,它永遠向著極繞疆瑰,越繞越靠近極眉反,但又永遠不能到達極。據(jù)說穆役,使用最精密的儀器也看不到一根完全的對數(shù)螺線寸五,這種圖形只存在數(shù)學家的假想中。也許正是這神奇的形狀孵睬,讓蘇格蘭博物學家和數(shù)學家湯普森語出驚人:地球上所有動物和植物只有通過數(shù)學才能理解播歼!

對數(shù)螺線1


向日葵中對數(shù)螺線

對數(shù)螺線在自然界中最為普遍存在伶跷,以后若去動物園可瞧仔細了:象鼻掰读、羊角、鸚鵡的爪子等也都是成等角螺線形的叭莫。圓網(wǎng)蛛能織出這種曲線蹈集,許許多多貝殼動物身上都有這種曲線。鷹以對數(shù)螺線的方式接近它們的獵物雇初;昆蟲以對數(shù)螺線的方式接近光源拢肆;用天文望遠鏡觀察到的星云中也有螺線形狀的!


羊角化石

難怪法布爾會驚嘆:“幾何靖诗,以及面積上的和諧郭怪,支配著一切。幾何存在于松果鱗片的布置中刊橘,也存在與圓網(wǎng)蛛的黏膠絲上鄙才;蝸牛的螺旋上升斜線里有幾何,蜘蛛網(wǎng)的念珠里有幾何促绵,行星軌道里也有幾何攒庵;幾何到處存在,不管在原子世界里還是在無限遼闊的宇宙中败晴,幾何都是非常高明的浓冒!”

伯努利對這些有趣的性質(zhì)驚嘆不止,竟留下遺囑要將對數(shù)螺線畫在自己的墓碑上尖坤,并附詞“縱使改變稳懒,依然故我”(eadem mutata resurgo)÷叮可惜雕刻師誤將阿基米德螺線刻了上去僚祷。

除了這些不變之外,伯努利還發(fā)現(xiàn)了一個不變的規(guī)律贮缕。伯努利對自然數(shù)乘方和的公式應用十分自如辙谜,在研究過程中,他曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)下面的問題:

無論n為何自然數(shù)感昼,式子


縱使改變装哆,依然故我

總是整數(shù)!

伽利略的苦惱

在我們的印象中,數(shù)學家們都是無所不能的蜕琴,他們睿智萍桌、冷靜又富有邏輯性,好像沒有瑕疵凌简。

可是每個人都會有苦惱上炎,伽利略就是其中一位。

我們知道雏搂,完全平方數(shù)在自然數(shù)中是滄海之一粟藕施,我們看下面的對應關系

1, 2凸郑, 3裳食, 4, 5……n

1芙沥, 4诲祸, 9, 16而昨, 25救氯, n^2

上面的對應關系又表示自然數(shù)與完全平方數(shù)是一一對應的,是一樣多的歌憨。這就是伽利略的困惑着憨,他提出了前人沒有提出過的比較無窮大小的問題,揭開了人們認識“無窮”的序幕躺孝。

關于“無窮”我們下次再詳細談它享扔,歡迎留言交流~~

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