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第69章 几何的故事(2)

“一言为定!”老地主咧开了嘴,他以为阿凡提上当了,得意洋洋地重复了一句。这时,阿凡提把木板量了一下,举起了锯子,就在木板上锯了起来,不一会儿,把木板锯成了两块,拼起来正好是个正方形。那个老地主和他的管家都惊得目瞪口呆,老地主不得不叫管家把工钱算给了阿凡提。

你知道其中的奥妙吗?

“数字是不会骗人的,”老师说,“一座房子,如果一个人要花上12天盖好,12个人就只要一天。288人只要一小时就够了。”

一个学生接着说:“17280人只要一分钟,1036800人只要一秒钟。此外,如果一艘轮船横渡大西洋要6天,6艘轮船只要一天就够了。4杯25℃的水加在一起就变开水了!数字是不会骗人的!”

9.陈星出洋相

陈星最近学会了计算三角形面积的方法。平时就爱骄傲的陈星又翘起了尾巴,好像自己成了数学家,还常常嘲笑同学们笨。

消息传到了校长那里,校长决定好好地教育一下陈星。这天,校长请陈星、陶陶、欣宜和纪洁来家里面玩。校长在地下画了一个三角形,并且标出了三角形的高和底,他说要考考小朋友们,看谁先算出三角形的面积。

陈星一看是计算三角形的面积,非常高兴,心想,这样的问题哪能难倒我,三角形的面积公式我可是滚瓜烂熟呢!他眨眨眼睛,抓抓头皮,迅速报出了答案:“8×6÷2=24(平方米)。”

“仔细看看题目,看清楚了再答。”校长在旁边提醒道。

“没错,还有一种算法,8×7÷2=28(平方米),”陈星信心十足地说。话音未落,引来一阵哄堂大笑。陈星发觉有点不对,定眼一看,怎么同一个三角形,用两种算法计算面积,结果不一样呢?都是“底×高÷2”啊,难道有错吗?于是他有点不知所措了。

校长没有直接告诉他答案,而是请小朋友们仔细观察一下这个三角形的底和高,看看陈星闹笑话的原因到底在哪里。

大家看了一会,欣宜看出了原因,她说:“三角形面积公式‘底×高÷2’没有错,但是选择底和高要相互对应,高要是底边上的高,不能任意选择不相关的底和高来计算三角形的面积。你看,6和7都不是底边8上的高,所以答案既不是24也不是28。”校长微笑着点了点头。

陈星听了以后,大吃一惊,仔细一看,原来这个三角形的面积计算还缺少条件。有底但是无对应的高,有高但无对应的底。陈星明白自己出了个大洋相,不禁羞愧地低下了头。

从此,陈星再也不骄傲了,他更加努力学习,年终考试时获得了数学单科成绩第一名的好成绩。

10.聪明的欧拉智改羊圈

欧拉是一个数学天才,从小他就非常喜欢思考,他问的问题老师都经常答不上来。最后,他惹恼了一位老师,被赶出了校园。

欧拉回家后开始帮爸爸放羊,做了牧童的他一边帮爸爸放羊,一边自学。

爸爸的羊渐渐增多了,原来的羊圈有点小了,爸爸决定建造一个新的羊圈。他用尺量出了一块长为40米、宽为15米的长方形土地,正打算动工的时候,发现篱笆不够用,因为篱笆只有100米。这让父亲非常发愁。

小欧拉却向父亲说,不用缩小羊圈,也不用担心每头羊的领地会小于原来的计划。他有办法。父亲不相信,但还是同意让儿子试试看。

小欧拉以一个木桩为中心,将原来的长方形羊圈变成了一个四个边都为25米的正方形。然后,小欧拉很自信地对爸爸说:“现在,羊圈就能容下所有的羊了。”欧拉的父亲很诧异,他把羊赶进羊圈试了试,发现果然如欧拉所言,篱笆数目没变可是里边空间变大很多。年轻的欧拉就表现出了过人的天赋,难怪他能在以后的数学研究中取得巨大的成绩。

一块草地,四周用30块长度相同的木块围成长方形,种了10棵玫瑰。现在要扩大花圃面积,但要保持长方形,又要节约木板,有一个园丁说:“再给我2块木板,我可以把花圃面积扩大1倍。”另一个园丁说:“我不用再增加木板,一样把面积扩大3倍。”请你动脑筋想一想,他们分别是怎么做到的?

11.勾股定理不平凡的经历

中国在很早的时候就有勾股定理的应用了。

公元前1100年左右的西周时期的一天,周公向数学家商高请教数学知识:“我听说您对数学非常精通,我想请教一下,天没有梯子无法上去,地也没法用尺子去一段一段丈量,那么怎样才能得到关于天地间的一些数据呢?”

“数的产生来源于对方和圆这些形体的认识,其中有一条原理——当直角三角形‘矩’得到的一条直角边‘勾’等于3,另一条直角边‘股’等于4的时候,那么它的斜边‘弦’就必定是5。这个原理是大禹在治水的时候就总结出来的啊!”这位世界上第一位数学家自信地告诉周公。

大约在公元50~100年间,祖冲之在他的著作《九章算术》中对勾股定理又有了更加规范的表达。书中的《勾股章》说:“把勾和股分别自乘,然后把它们的积加起来,再进行开方,便可以得到弦。”

中国古代的数学家们不仅很早发现并应用勾股定理,而且很早就尝试对勾股定理作理论的证明。最早对勾股定理进行证明的,是三国时期吴国的数学家赵爽。他创制了一幅“勾股圆方图”,用形数结合的方法,给出了勾股定理的详细证明。赵爽的证明方法非常巧妙,采用对几何图形的截、割、拼、补等方法,利用它们之间的恒等关系,把勾股定理证明得形象直观又科学严密,令人十分信服。这种方法被后人称为“形数统一法”。

希腊数学家欧几里得在他编著《几何原本》时,认为勾股定理是公元前550年的毕达哥拉斯最早发现的,并称它为“毕达哥拉斯定理”,因此在世界上广为流传。其实,毕达哥拉斯的发现比中国人晚得多。

一位农夫请了工程师、物理学家和数学家来,想用最少的篱笆围出最大的面积。

工程师用篱笆围出一个圆,宣称这是最优设计。

物理学家将篱笆拉开成一条长长的直线,假设篱笆有无限长,认为围起半个地球总够大了。

数学家好好嘲笑了他们一番。然后他用很少的篱笆把自己围起来,然后说:“我现在是在这个面积的外面。”

12.最完美的比例——黄金分割

毕达哥拉斯是古希腊著名的数学家和哲学家。

有一天毕达哥拉斯外出时,经过了一家铁匠铺。“哐当,哐当……”他注意到铁匠师傅用铁锤敲击铁砧的声音非常奇妙。

这位细心的学者便停下脚步,仔细地听。

毕达哥拉斯对打铁声音非常熟悉,可是,这一次他听到声音好像“与众不同”,这叮叮当当的敲击声音是那么和谐,简直像音乐一样。

怀着好奇之心,循着叮当的打铁声音毕达哥拉斯走进了这家并不起眼的铁匠铺。望着熊熊炉火,望着满面红光的铁匠,这个“书呆子”不解地说:“师傅,你先停停,你打铁的声音怎么如此特别呢?”

铁匠放下铁锤,喘着粗气说:“有什么特别呢?难道打铁能打出音乐?”

“是啊,你的铁锤和铁砧之间敲击发出的声音,与别的铁匠铺里发出的声音不一样。这是一种很和谐的声音。”毕达哥拉斯认真地说,他被这个现象深深地吸引了。

毕达哥拉斯掏出了随身带着的一根尺子,用它绕铁锤量了一圈,又绕铁砧量了一圈,最后发现这铁锤和铁砧之间的比恰好是1∶0.618。

“难道这和谐的声音与铁锤、铁砧之间的大小有关?是不是每一个铁匠铺里的铁锤与铁砧之间都有这样的比例?”毕达哥拉斯迷惑不解地问道。

“我从没注意过这些。”铁匠对毕达哥拉斯的询问也非常迷惑。

“那好。我再到别的铁匠铺里看看。”说完,毕达哥拉斯离开了这家铁匠铺。

执著的毕达哥拉斯对大街小巷的铁匠铺多次走访,量了无数家铁匠铺的铁锤和铁砧,终于发现,只要两者之间的比是1∶0.618,敲击的声音都比较优美、悦耳。

这就是最早发现黄金分割定律的故事。

作已知线段的黄金分割点

2000多年前,古希腊的柏拉图派学者欧多克斯,首先使用尺规作图做出已知线段的黄金分割点,他的做法如下:

1.设已知线段为AB,过点B作BC⊥AB,且BC=AB/2;

2.连AC;

3.以C为圆心,CB为半径作弧,交AC于D;

4.以A为圆心,AD为半径作弧,交AB于P,则点P就是AB的黄金分割点。

13.怎样计算地球的周长

哥伦布和麦哲伦以自己的生命为代价,证明了地球是圆形的。在他们之前还有没有人证明地球的形状呢?其实距今约2000年前,埃拉托斯尼不仅已经发现地球是圆的,而且还计算出了地球的大小。

埃拉托斯尼不仅是世人皆知的发现素数的数学家,也是一位伟大的天文学家和地理学家。

他是用什么方法计算出地球大小的呢?那个时候根本没有当今这么多的仪器,那埃拉托斯尼只能是利用数学来完成他的工作的。

在埃及的尼罗河边有一座名为西因的城市。西因城中有一口古老的井。埃拉托斯尼发现,在6月21日12点的时候,阳光会垂直照到井底,与此同时,在北部距离西因约800公里的亚历山大的太阳光线有7.2°的倾斜。所以他利用了“圆弧的长度与中心角成正比”这一定理。图中弧AB的长已测量出是800千米,所以就有了这样一个等式:

(地球周长):800千米=360°∶7.2°

埃拉托斯尼最后计算出地球的周长是40000千米,而今天《大英百科全书》记载的地球周长是40075千米,两者之间只有75千米的差距。

14.小姑娘智胜国王

从前,一个小女孩被封为是“最聪明的小姑娘”。这个小姑娘心地善良,头脑聪明,最重要的是她懂得非常多的数学知识。这个小姑娘的故事传到国王耳朵里。小心眼的国王非常想考考这个小姑娘,他冥思苦想了很长时间,终于想出了一道数学题,于是他立即下令让小姑娘来见他。

这个勇敢的小姑娘并不害怕,她走了很长时间的路终于来到了王宫。国王一看小姑娘满脸的稚气,心中暗想:就这么一个黄毛丫头,怎么可能那么聪明呢?我随便出个难题,准能难倒她。于是,国王慢吞吞地说:“听说你很聪明,不知是真是假。现在我给你一个任务,如果完成得好,我就封你为‘全国最聪明的人’,如果你干砸了,那么对不起,你要去坐大牢。”然后,他说出了早已经想好的题目:王宫前面有一个长50米、宽20米的长方形广场。广场中央立着一个大牌坊。广场需要改修一番,面积不变,牌坊也不许挪动,但改修以后,牌坊必须立在广场的前缘。

国王的问题说完以后,大臣们都不知道应该怎样回答,因此他们在心里都为这个小姑娘捏了把汗。心想:这小姑娘肯定要坐大牢了!一个小毛孩子,这样的工程肯定干不了。可小姑娘一点也不惊慌,从容不迫地说:“这好办,只要派给我100个工人就行了,一周之内,保证完成。完不成的话,我甘愿坐大牢。”

小姑娘迈着大步离开了。国王暗暗高兴:别看你现在大包大揽的,到时候就有好戏看了。想到这里,狡猾的国王笑了。

国王艰难地熬了一周,他很想看到小姑娘失败的样子。这天清晨,国王刚刚起床,侍从便急匆匆地跑过来报告,说是小姑娘已经把广场修好了。国王一听,半信半疑,走出宫门一看:他已经认不出来了,原来的广场完全变了模样。更神奇的是,那座大牌坊虽然未经挪动,却格外引人注目地耸立在广场的前缘。

小姑娘是怎样完成这次浩大的工程的呢?原来,小姑娘头脑中的数学知识发挥了作用。她想起了几何中的一个原理:在矩形中,面积一定的话,长和宽正好成反比例关系。也就是说,当宽大了一定的倍数时,要保持面积不变,只需要把长按同样的比例缩小就可以了。根据这一原理,她将广场的长设为40米,宽改为25米。这样,面积虽然仍然是1000平方米,但牌坊的位置却自然而然地从广场中央变到前缘去了。

小心眼的国王这次彻底服了,他没想到小姑娘小小年纪却这样厉害,他迫不得已,只能封小姑娘为“最聪明的人”。

爸爸有一个测谎器,他问儿子:“你今天的数学成绩如何呢?”

儿子答道:“90分。”测谎器响了。

儿子又改说:“70分。”测谎器还是响了。

爸爸很生气地叫道:“我以前都是90分以上。”这时,测谎器没有响却翻倒了。

15.聪明的狄多公主

狄多是罗马帝国附近一个国家的公主。她非常聪明。可是在她十几岁的时候,国内发生叛乱,国王被杀死,狄多公主经过千辛万苦逃到了非洲。

狄多公主不仅失去了父亲,而且失去了国家。她希望能够为父亲报仇,夺回被叛乱者占领的国家。但是现在,她首先需要有一块栖身之地。于是,她去求见当地的酋长雅布王,乞求他给自己一些土地。

酋长非常同情狄多公主的遭遇,但是人都是有私心的,他又不愿意给狄多公主太多的土地。进退两难时,他的手下给他出了一个主意,酋长听了非常高兴,决定采用那种方法。

第二天,雅布王召见狄多公主,他令人拿出一张犍牛皮,指着它说:“亲爱的狄多公主,我决定赐给你一些土地。你看到这张犍牛皮没有?你用它围住多大的土地,我就把多大的土地赐给你。”

听了雅布王的话,狄多公主的手下都很气愤,一张小小的犍牛皮才能围住多少土地呢?这不是明摆着欺负人吗?有的人甚至要上前和雅布王评理。

狄多公主看了看那张犍牛皮,沉思了一下,然后走上前去,拿起犍牛皮,对雅布王鞠了一躬,说:“谢谢您的好意,我现在就去围地。”说完便带领着卫士们离开了。

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