福气娃娃TT
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文/陈墨祎 01 我要是指着一幅画说美，很多人会点头，但我要是指着一堆数字方程说美，估计大部分人就得摇头了。 提起数学，我们很多人只会枯燥乏味或者复杂深奥。其实，数学里也有美学。 我国著名数学家华罗庚说过，“就数学本身而言，是壮丽多彩、千姿百态、引人入胜的……认为数学枯燥乏味的人，只是看到了数学的严谨性，而没有体会出数学的内在美。” 数学之美，蕴涵在生活的方方面面，尤其是在艺术当中。 02 有这么一位数学教授，把她发现艺术里的数学之美对我们娓娓道来。 梁进教授在她的这本《博物馆艺术拾珍：收敛篇》里，带我们走进世界四大著名博物馆，去领略绘画、雕塑里的数学之美。 其实，从这本书标题中的“收敛”二字，我们就可以窥得几分数学的影子。 收敛这个词来自于数学当中的微积分，大意是指会聚于一点，向某一值靠近。 与之对应的数学当中的另一个名词叫做“发散”。 《博物馆艺术拾珍：收敛篇》选择了世界四大综合博物馆以及一些历史特色明显的博物馆，包括但不限于著名的“卢浮宫博物馆”“大英博物馆”“埃及博物馆”“梵蒂冈博物馆”等，尤其是很具有历史和相关博物馆记忆的作品。 03 有的时候，我们觉得艺术美，恰恰是因为里面涵盖的数学元素。 大家耳熟能详，并且出现在很多人初中课本当中的一定有这条—— 美的起源：黄金分割比例。 黄金分割是指将整体一分为二，较大部分与整体部分的比值等于较小部分与较大部分的比值， 比值约为， 这个比例被公认为是最能引起美感的比例。 在古希腊时期，有一天数学家毕达哥斯拉走在街上，在经过铁匠铺前他听到铁匠打铁的声音非常好听，于是驻足倾听。他发现铁匠打铁节奏很有规律，这个声音的比例被毕达哥拉斯用数学的方式表达出来。 后来，古希腊数学家欧多克索斯将这一比例进行系统研究，其研究结果被写进欧几里得的著作《几何原本》里，至今广为流传。 而画家们也发现，按来设计的比例，画出的画最优美。因此，黄金分割的数学美学在很多著名的艺术品中被使用过。 在达芬奇的作品《维特鲁威人》、《蒙娜丽莎》、还有《最后的晚餐》中都运用了黄金分割。 古希腊的著名雕像断臂维纳斯和太阳神阿波罗都通过故意延长双腿，使之与身高的比值为。 建筑师们也对数字特别偏爱，无论是古埃及的金字塔，还是巴黎的圣母院、埃菲尔铁塔，希腊雅典的巴特农神庙，都有黄金分割的足迹。 04 数学之美，也同样体现在几何图形当中。 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。”因为这两种图形在任何方向上看都是对称的。 其实在我们身边随处可见根据对称设计的东西：小到一块橡皮、一只球拍，大到一架飞机、一座建筑。 著名的北京人民大会堂，高耸入云的上海东方电视塔，形象逼真的扇形，梅花瓣样的组合图形，铜钱式的圆中方，美丽的“雪花”图案，都显示出几何图形的对称美，和谐美。 梵高的《星空》，印象派的画风让这幅图显得绮丽迷幻，然而浪漫之下，安宁夜空仿佛剧烈流动的浓艳色彩，被人们渐渐证明，其抽象的“湍流”，非常符合著名的“柯尔莫哥洛夫微尺度”。 05 就连看起来无趣乏味的数学方程，也有其艺术之美。 比如， 心形线方程。 在威廉布莱克的画作《雅各布之梦》（也叫《雅各布天梯》）中也体现了数学模型之美。 这幅画讲的是布莱特的弟弟罗伯特死的时候，悲痛的布莱克看见他弟弟的灵魂穿过屋顶冉冉上升，“欢乐地拍着手”，他得到灵感将圣经旧约里雅各布做梦登天梯的故事画出来。 不同于其他许多天梯是直上直下的画， 布莱特的天梯是意味深长地螺旋上升的，形成一个三维圆锥螺旋线。 整个画面很数学。 06 数学，是研究数量、结构、变化、空间以及信息等概念的一门科学。 它的特点是精密性，广泛性，抽象性。 艺术中涵盖着数学，就像数学和艺术分别是两个集合，但两者并不是并集的关系，而是交集的关系。 “美术的结构是数学的，数学的表达是艺术的。” 当我们还在思考文理之间的界限时，先行者们恐怕很早就预料到，知识的相通才是使艺术得以长存的诀窍。 看完这本书，或许你可以试着用新眼光重新去审视那些艺术品：达芬奇《维特鲁威人》中暗含的黄金人体比例，伦勃朗笔下呈现自然界“正态分布”的群像，莫奈《睡莲》中体现出来自然界的函数映射...... 就像梁进教授所说的：“我从数学角度分享一些对博物馆珍品的感想，怕数学的读者也不用怕，我不会用数学公式轰炸读者，只是用数学思想和观点从另一个角度去欣赏艺术，畅游博物馆，或许会产生不一样的效果。”
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随着数学的发展和人类文明的进步，数学美的概念会有所发展，分类也不相同，但它的基本内容是相对稳定的，这就是：对称美、简洁美、统一美和奇异美。 所谓对称性，既指组成某一事物或对象的两个部分的对等性，从古希腊的时代起，对称性就被认为是数学美的一个基本内容。毕达哥拉斯就曾说过：“一切平面图形中最美的是圆，在一切立体图形中最美的是球形。”这正是基于这两种形体在各个方向上都是对称的。中国的建筑就很好的应用了数学的对称美，有许多的园林建筑都应用了这一点。数学中的这种对称处处可见：几何中具有的对称性（中心对称、轴对称、镜象对称等）的图形很多，都给我们一种舒适优美的感觉。几何变换也具有对称性。杨辉三角更组成美丽的对称图案1 11 2 11 3 3 11 4 6 4 11 5 10 10 5 11 6 15 20 15 6 1……分析：在杨辉三角的图案中每一行的除了首尾的数字是1以外，其他的数字是左上角和右上角的数字的和。这样就构成了有规律的并且是成对称的形状的三角图案了。集合运算中的下面两个公式的对称性也是极其优美的：C（A ）=CA CB C (A B ) =CA CB两个集合的并（交）的补集就是两个集合补集的交（并）。数学的解题中也体现对称美：例1、解：原式=111111111×111111111=12345678987654321分析：等式的一边是九个1乘以九个1，另一边是九个数字的排列并且成对称的，结果也是九个数字组成的对称的结构，真是太出人意料了太美妙了例2、 0×9+1=11×9+2=1112×9+3=111123×9+4=11111234×9+5=11111…………………分析：例2中也蕴涵着对称留给读者去体会。此外代数中的对称多项式，有理系数的多项式方程无理根成对出现，实系数的多项式方程虚根成对出现，函数及其反函数图象的关系，线性方程组的距阵表示及克莱姆法则等都呈现出对称性。还有一个类似对称的词匀称。“匀称性”的概念可以看成“对称性”的概念的自然发展。线段的黄金分割就是一个典型的例子，主要是因为由此构成的长方形给人以“匀称美”的感觉。黄金分割比…也被誉为“人间最巧的比例”。世界上许多著名的建筑广泛采用黄金分割的比例。一些名画的主题，电影画面的主题大多放在画面的处，给人以舒适的美感。乐曲中较长一段一般是总长度的，弦乐器的声码放在琴弦的处会使声音更甜美。另外，黄金分割比在优选法中有着重要的作用。 汉语的语言要求言简意赅，同样数学作为逻辑性很强的学科它的语言表达也是简洁的。简单性（或称简洁性）也是数学美的一个基本内容。数学的简洁性是人类思想表达经济化要求的反映，它同样给人以美感。爱因斯坦说过：“美在本质上终究是简单性。”数学语言本身就是最简洁的文字，同时反映客观规律极其深刻，许多复杂的客观现象，总结为一定的规律时，往往呈现为十分简单的公式。欧拉给出的公式：V－E+F=2，堪称“简单美”的典范。世间的多面体有多少没有人能说清楚。但它们的顶点数V、棱数E、面数F，都必须服从欧拉给出的公式，一个如此简单的公式，概括了无数种多面体的共同特性，令人惊叹不已。在数学中，像欧拉公式这样形式简洁、内容深刻、作用很大的定理还有许多。比如：圆的周长公式：C=2πR 任意一个圆它的周长都满足这样的公式。勾股定理：直角三角形两直角边的平方和等于斜边平方。在所有的直角三角形中直角边和斜边都满足这样的关系。正弦定理：ΔABC的外接圆半径R，则 把三角形的边、角和它的外接圆的半径建立了简单的数学关系。数学中绝大部分公式都体现了“形式的简洁性，内容的丰富性”。正如伟大的希而伯特曾说过：“数学中每一步真正的进展都与更有力的工具和更简单的方法的发现密切联系着”。如笛卡尔坐标系的引入。对数符号的使用，复数单位的引入。微积分的出现都体现了数学外在形式更简洁，内容更深厚。著名的皮亚诺公式只用了三个不加定义的原始概念和五个不加证明的公理，显示了逻辑上的简洁。由此产生的自然数理论是现代数学基础研究的起点，这三个原始概念是“自然数”，“1”，“后继（数）”；五个公理是：公理一：1是自然数，公理二：任何自然数的后继也是自然数，公理三：没有两个自然数有相同的后继，公理四：1不是任何自然数的后继，公理五：若一个有自然数组成的集合S含有1，且当S含有任一个自然数时，也一定含有它的后继，则S就含有全体自然数。数学的简洁美还表现在形态上，即数学美的外部表现形态，是数学定理和数学公式(或表达式)的外在结构中呈现出来的美。形态美的主要特征，在于它的简单性。例如，英国科学家牛顿用F=ma概括了力、质量、加速度之间的定量关系；又如，德国科学家爱因斯坦用E=mc^2 揭示了自然界的质量和能量的转换关系；这里F=ma、E=mc^2就外在形式而论，都是非常简洁的，不失为数学形态美的范例。再如，中国数学家和语言学家周海中关于梅森素数分布的猜测：当2^（2^n）
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随着社会的迅猛发展，经济水平不断提高，人们生活质量越来越好。但与此同时带来的是人们对于资本的渴求的膨胀，人们越来越注重实际利益，注重实业重工的发展，相对而言，理论上的一些研究就理所当然的被视作一种无用之学科。首当其冲的便是数学，在中国，几乎所有人都认为在大学里学纯数学将来是没有什么前途的，事实上，在西方发达国家并非如此。在哲人的眼里，数学是如此美丽，它巧夺天工，不可言喻。保罗•埃尔德什形容他对数学的观点：“为何数字美丽呢？这就像在问贝多芬第九交响曲为什么会美丽一般。若你不知道为什么，其他人也没办法告诉你为什么。我知道数字是美丽的，且若它们不美丽的话，世上也没有事物会是美丽的了。”一、数学之美所谓何然数学美是自然美的客观反映。历史上曾有多位学者名人对数学美提出自己的见解，我国著名数学家华罗庚说过：“就数学本身而言，是壮丽多彩、千姿百态、引人入胜的……认为数学枯燥乏味的人，只是看到了数学的严谨性，而没有体会出数学的内在美。”数学家徐利治说：“作为科学语言的数学，具有一般语言文字与艺术所共有的美的特点，即数学在其内容结构上和方法上也都具有自身的某种美，既所谓数学美。数学美的含义是丰富的，如数学概念的简单性、统一性，结构关系的协调性、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等都是数学美的具体内容。” 随着数学的发展和人类文明的进步，数学美的概念会有所发展，分类也不相同，但它的基本内容是相对稳定的，这就是：对称美、简洁美、统一美和奇异美。数学的对称美，从古希腊时代起就被认为是数学美的一个基本内容。所谓对称性，既指组成某一事物或对象的两个部分的对等性。数学中的这种对称处处可见，较为形象的就是我们司空见惯的一些轴对称图形，尤其是圆，真可谓是三百六十度完全对称无死角。毕达哥拉斯就曾说过：“一切平面图形中最美的是圆，在一切立体图形中最美的是球形。”这正是基于这两种形体在各个方向上都是对称的。而对于我来说，关于对称印象最深刻的便是小学五年级的时候老师让我做的一道数学题。当时老师在报纸上看到这道题，就拿给同办公室的几个老师做，结果居然那几个老师都没有做出来，于是老师就把我叫到办公室去当场做，看小孩子的思维会不会活跃一些，题目是一个四位数乘以九得到的数等于这个数的倒序。我当时一看这题目，心想既然是对称的，那么第一个数字必是1，然后乘以九，那么最后一个数字必是9，接着我又想第二个数字最大是1但一代进去显然不行，那么就只能是0了，这么一来就轻而易举地猜出第三个数字是8，所以答案就是1089*9=9801.我记得自己当时是很快就把答案想出来了，老师们都很诧异，连连夸奖。当时心里真的是特别高兴，也是第一次对数字的对称性有了基本的概念。现在想想那道题其实真的很简单，但就是这么简单的数学题里也蕴含着数学那高度的对称美。数学的简洁美，是人类思想表达简明化要求的反映。爱因斯坦说过：“美在本质上终究是简单性。” 数学语言本身就是最简洁的文字，同时反映客观规律极其深刻，许多复杂的客观现象，总结为一定的规律时，往往呈现为十分简单的公式。欧拉给出的公式：V－E+F=2，堪称“简单美”的典范。世间的多面体有多少没有人能说清楚。但它们的顶点数V、棱数E、面数F，都必须服从欧拉给出的公式，一个如此简单的公式，概括了无数种多面体的共同特性，令人惊叹不已。正如伟大的希而伯特曾说过：“数学中每一步真正的进展都与更有力的工具和更简单的方法的发现密切联系着”。如笛卡尔坐标系的引入。对数符号的使用，复数单位的引入。微积分的出现都体现了数学外在形式更简洁，内容更深厚。数学中绝大部分公式都体现了“形式的简洁性，内容的丰富性”。 数学的简洁美还表现在形态上，即数学美的外部表现形态，是数学定理和数学公式(或表达式)的外在结构中呈现出来的美。形态美的主要特征，在于它的简单性。数学的统一美，是审美对象在形式或内容上的某种共同性、关联性或一致性,它能给人一种整体和谐的美感。一切客观事物都是相互联系的，因而,作为反映客观事物的数学概念、数学定理、数学公式、数学法则也是互相联系的，在一定条件下可处于一个统一体之中。例如,从结构上分析，解析法、三角法、复数法、向量法和图解等具体方法,都可以统一于数形结合法。欧几里德的《几何原本》,把一些空间性质简化为点、线、面、体几个抽象概念和五条公设及五条公理,并由此导致出一套雅致的演绎理论体系,显示出高度的统一性。布尔基学派的《数学原本》,用结构的思想和语言来重新整理各个数学分支,在本质上揭示数学的内在联系,使之成为一个有机整体,在数学的高度统一性上给人以美的启迪。二、数学之美所以何能数学之美在各位先知哲人的眼里是如此的美丽，那么数学是凭着什么从几个简单的阿拉伯数字和拉丁字母发展为如此瑰丽传奇的数学世界的呢？仅凭个人的力量显然是远远不够的，它是数千年来祖辈们世世代代传承积累下来的。数学之美是人民之于数学的智慧结晶。人们在日常的生活中总会遇到一些需要用数学来解决的小问题，然后就有人提出一个改进的小方法，让计算变得更为容易，这样日积月累，慢慢地便使得数学的土壤越来越肥沃，培育出更多的数学芬芳之果，让数学这个世界越变越丰富，越变越美丽。我不是数学考古专家，不能调研到什么具体的人民对于数学方面的小改进。但是我可以讲讲自己的例子。身边的人都知道我的速算是很厉害的，倒不是我有多聪明，而是我会把一些难算的式子在脑子里做一些的变换然后再计算，这样就容易多了，就我个人而言，这改进虽然很小，或者都称不上是改进，但是就是因为人民大众这样一点一滴的积累，使得数学越来越美。数学之美是智者之于数学的灵感源泉。我国数学家陈景润身居陋室，但为了攻破歌德巴赫猜想这一世界数学难题，不断演算，通过努力终于摘取了数学皇冠上的明珠。接下来我讲一个蒲丰用投针求圆周率的近似值的试验。有一天蒲丰邀请许多宾朋来家做了一个奇特的实验。他事先在白纸上画好了一条条有等距离的平行线，将纸铺在桌上，又拿出一些质量匀称长度为平行线间距离之半的小针，请客人把针一根根随便仍到纸上，蒲丰则在一旁计数，结果共投2212次，其中与任意平行线相交的有704次，蒲丰又做了一简单的除法 ，然后他宣布这就是圆周率的近似值，还说投的次数越多越精确。这个实验使人震惊，圆周率和一个表面看来毫不相干的随便投针实验沟通在一起。然而，这确实是有理论根据的。计算圆周率的这一方法新颖、奇妙而让人叫绝。数学之美是社会之于数学的发展需要。我们面临一个科学技术迅猛发展的时代。信息的数字化和信息的数学处理已经成为几乎所 有高科技项目共同的核心技术。从事先设计、制定方案，到试验探索、不断改进，到指挥控制、具体 操作，处处倚重于数学技术。许多国家认识到，发展高清晰度电视是未来经济技术竞争的主战场之一。应该指出，电视屏幕不仅是现代人们日常生活所不可缺少的，而且可能通过联网成为信息传 递处理的工作面。几乎所有重要的工作岗位都将与之有关。数学技术在如此重要项目的激烈较量 中起了决定作用。1991年的海湾战争是一场现代高科技战争，其核心技术竟然也是数学技术。这一事实引 起人们不小的惊讶。美国总结海湾战争经验得出结论是：“未来的战场是数字化的战争”。二、数学之美所知何用现如今，越来越多的大学生在填大学专业方向时，都不愿填写数学这个专业，理由是毕业后工作不好找。我自己也是，其实我个人是非常热爱数学的，我可以一天不吃不喝在那边做一道数学题并且乐在其中。但是最终还是迫于家庭和社会各方面压力选择了大家普遍认为将来就业可能比较好的电子专业，虽然我自己不是很喜欢，但是既来之，则安之。然而，在此我还是要说学习数学是有用的，而且是非常地有用，未来的社会必是数字化的时代。数学之美的社会应用——揭示自然规律，指导工程设计。1995年1月，在贩神大地震之后，美国利用数学模型进行地震预测，预告本世纪末加州南部可能发生大地震；1995年3月，我国中央人民广播电视台宣布启用数字式转播方式，指出以前的模拟式转播方式效果差，所以改用新的转播方式；1995年6月，欧州联盟开会研讨未来数字化通信的统一制式；1996年2月，我国电子工业部宣布“九五计划”开发重点：数字化信息技术。所订的两个重点研制项目是：数字式高清晰度电视接受机样机和数字式激光盘；1996年4月，我国国家科委发布招标公告，正式宣布数字式高清晰度电视开发项目。仅以几件事为例就能清楚地看到数学对当代人们的生产和生活所起的重要作用。数学之美的突出表现——黄金比例分割。黄金分割又称黄金律，是指事物各部分间一定的数学比例关系，即将整体一分为二，较大部分与较小部分之比等于整体与较大部分之比，其比值为1∶或∶1，即长段为全段的。被公认为最具有审美意义的比例数字。采用这一比值能够引起人们的美感，在实际生活中的应用也非常广泛，建筑物中某些线段的比就科学采用了黄金分割，舞台上的报幕员并不是站在舞台的正中央，而是偏在台上一侧，以站在舞台长度的黄金分割点的位置最美观，声音传播的最好。就连植物界也有采用黄金分割的地方，如果从一棵嫩枝的顶端向下看，就会看到叶子是按照黄金分割的规律排列着的。在很多科学实验中，选取方案常用一种法，即优选法，它可以使我们合理地安排较少的试验次数找到合理的西方和合适的工艺条件。正因为它在建筑、文艺、工农业生产和科学实验中有着广泛而重要的应用，所以人们才珍贵地称它为"黄金分割"。伯特兰•罗素以下列文字来形容他对数学之美的感觉：数学，如果正确地看它，则具有……至高无上的美——正像雕刻的美，是一种冷而严肃的美，这种美不是投合我们天性的微弱的方面，这种美没有绘画或音乐的那些华丽的装饰，它可以纯净到崇高的地步，能够达到严格的只有最伟大的艺术才能显示的那种完美的境地。一种真实的喜悦的精神，一种精神上的亢奋，一种觉得高于人的意识——这些是至善至美的标准，能够在诗里得到，也能够在数学里得到。参考文献：（1）（美）西奥妮•帕帕斯 . 理性的乐章--从名言中感受数学之美. 王幼军 译. 上海：上海科技教育出版社，2010.（2）（英）波斯特 . 数学证明之美 . 贺俊杰，铁红玲 译 . 湖南：湖南科技出版社，2012（3）（美）克利福德•A•皮科夫 . 马东玺 译 . 湖南：湖南科学技术出版社，2010（4）吴军 . 数学之美系列文章 . 2006——2007.
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数学美是自然美的客观反映，是科学美的核心。简言之数学美就是数学中奇妙的有规律的让人愉悦的美的东西。
作为科学语言的数学，数学具有一般语言文字与艺术所共有的美的特点，即数学在其内容结构上和方法上也都具有自身的某种美，既所谓数学美。
数学美的含义是丰富的，如数学概念的简单性、统一性，结构关系的协调性、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等都是数学美的具体内容。
扩展资料：
数学美有别与其它的美，它没有鲜艳的色彩，没有美妙的声音，没有动感的画面，它却是一种独特的美。
德国数学家克莱因曾对数学美作过这样的描述：“音乐能激发或抚慰情怀，绘画使人赏心悦目，诗歌能动人心弦，哲学使人获得智慧，科技可以改善物质生活，但数学却能提供以上一切。”
大多数的数学家会由他们的工作及一般数学里得出美学的喜悦。他们形容数学是美丽的来表示这种喜悦。有时，数学家会形容数学是一种艺术的形式，或至少是一个创造性的活动。通常拿来和音乐和诗歌相比较。
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数学之美---毕达哥拉斯树
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