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近日,在抖音平台上,某位女留学生“亚洲人数学能力其实很差”的观点引起了广泛争议 。她在视频中提到:
就是这个出国留学以后啊,我发现一个我误解多年的事情,亚洲人的数学其实很差,虽然很多人都在吐槽外国人的计算能力 。
举个例子,根号二等于多少?脱口而出1.414,π约等于3.14,但是你有思考过这个是怎么推导出来的么?
我们只是知道用公式解题,却不知道为什么能用这个公式 。
这也是为什么我高考数学140,但是我真的一点也不了解数学,知其然不知所以然,我只是擅长解题,但从不追究真理 。
虽然这位同学的观点有失偏颇,但她至少提出了一个有价值的问题:“根号二等于1.414是怎么推导出来的” 。
今天我们就来聊聊这个问题,与各位读者分享根号二的前世今生 。
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在中文互联网上,根号二常与“第一次数学危机”联系在一起 。一种流行的说法是,毕达哥拉斯学派下的成员希帕索斯,偶然间根据老师的“毕达哥拉斯定理”(即勾股定理),发现边长为1的正方形对角线长度(即根号2)无法用有理数表示 。
这一发现违背了毕达哥拉斯学派“万物皆数”的教义,因此希帕索斯被同门丢进海里 。但毕达哥拉斯学派无法掩盖根号2的存在,从而“万物皆数”的数学大厦轰然倒塌,引发了“第一次数学危机” 。
此故事是否是历史的真相已无从考证 。不过,可以确定的是,希帕索斯并非第一个发现根号2的人 。
在希帕索斯之前的一千多年,约公元前1800年至1600年间,古巴比伦人就发现了根号2 。
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在编号为YBC 7289的古巴比伦陶泥板上,画着一个正方形和它的两条对角线 。对角线长度用一串数字1,24,51,10标注 。由于古巴比伦采用六十进制,这串数字可以译作以下公式:
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换句话说,古巴比伦人知道边长为1的正方形,其对角线长度大约是1.41421,计算精确到了小数点后5位 。
古巴比伦人的发现距今约3700年,了不起的成就 。
据数学家推断,古巴比伦人可能用的是下述算法(因而被称为“巴比伦法”)算出根号二的近似值 。
令
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; 接下来,使用以下递推公式计算:
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:
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比如:
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那么,a?,a?,a?,a?的数值依次是:
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可以看到,a?的数值已经精确到小数点后11位,与根号2的精确值非常接近,而我们仅仅做了四次迭代计算而已 。
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使用巴比伦方法,Ron Watkins在2016年将根号2的数值计算到小数点后十万亿(10^13)位 。
小学课本上介绍根号二的时候,其实也解释了
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的原因:
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对于小学生来说,这样的理解已经足够深刻 。不过,如果采用这种方法,猜出1.4、1.41、1.414还算容易,而接下来要计算1.4142, 1.41421, 1.414213, …… 则颇费功夫,效率远不如巴比伦法 。
巴比伦法看上去非常有效,不过善于思考的读者朋友们或许已经开始犯嘀咕,“凭什么这样算出来的就是根号2呢?”
问得好 。要回答这个问题,需要用到相当深刻的数学原理 。以下我们长话短说,尽量用人话来解释 。
巴比伦法的递推公式是
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;倘若我们令
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