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数学理论知识

发布时间: 2022-02-27 22:37:36

① 数学的基础理论有哪些

1 、“数与代数”领域中主要是最基本的数、式、方程(及不等式)和函数的内容.
⑴在顾及知识的纵向逻辑结构的前提下,突出重点,适当精简整合.
⑵螺旋上升地呈现重要的概念和思想,不断深化对它们的认识,例如:使方程和函数交替出现,即按一次方程“组”,一次函数,二次方程,二次函数的顺序螺旋上升.
⑶联系实际,体现知识的形成和应用过程,突出建立数学模型的思想.
2 、“空间与图形”的内容包括了“图形的认识”“图形与变换”“图形与坐标”“图形与推理”等.⑴加强数形结合思想的渗透,体现各部分知识之间的横向联系.⑵循序渐进地培养推理能力,做好由实验几何到论证几何的过渡.对于推理能力的培养,按照“说点儿理”“说理”简单推理“符号表示推理”等不同层次分阶段逐步加深地安排.⑶从感性到理性,从静到动提高对图形的认识能力.
3 、“统计与概率”的内容.⑴侧重于统计和概率中蕴涵的基本思想.⑵注重实际发挥案例的典型.⑶注意与前面各段衔接、持续地发展提高.
4 、“实践与综合应用”的内容与前三个领域有密切联系,又具有综合性.“实践与综合应用”不作为独立的一块内容,而是与最接近的知识内容相结合,以“课题学习”“数学活动”等多种形式分散地编排于各章之中,使实践与应用能以多种形式进行,化整为零,经常化和生活化.

② 小学数学专业知识中关于数学理论考什么

望楼主采纳。
简述什么是教师的自我反思?.
自我反思是教师对教育教学过程的再认识、再思考、再探索、再创造。是在新课程理念指导下,以教育教学活动过程为思考对象,对教学行为、教学决策以及由此所产生的教学结果进行审视和分析的过程,是一种通过提高参与者的自我觉察水平来促进自身专业素质的提高、促进能力发展的一种批判性思维活动。

2.在学生数学学习评价中,定性评价和定量评价应体现哪些原则?

互动性原则、多样性原则、激励性原则。

3.课堂教学要素评价法中确定的评价要素有哪些?

课堂教学要素评价法中确定的评价要素有教学目标、教学内容、教学方法、教学手段、师生行为、教学艺术、教学效果。

5.简述发展性教师评价的主要思路。

评价内容多元化、评价主体互动化、评价策略多样化、评价标准个性化。

6. 数学学习评价的价值取向是什么?

数学学习评价应促进学生发展;数学学习评价要体现多元化;数学学习评价要关注学生的差异。

7.反思型教师的优点有哪些?

①对教育教学理论与实践持有“健康”的怀疑;②有开放的心态,易于接受新思想;③经常对教育教学活动进行思考,善于调整和改变策略与方法;.④教育教学中,既关注结果,更关注过程,经常进行积极的反思。

8.小学数学考试命题如何体现“基础性”

在新一轮课程改革的推进过程中,有些学校在考试命题时,出现了忽视基础的倾向,这是很危险的。我们千万不能忘记,基础性是中小学教育最重要的最本质的属性。从“人的发展”的角度,我们要多方位地、较全面地构筑“基础”的框架:1、知识与技能基础。 2、过程与方法基础。3、能力基础:具体的是收集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力、语言文字的表达能力(决不单单指语文学科)、团结协作能力和社会活动能力等6大能力基础。4、情感、态度、价值观基础。

9.简述发展性学生评价的主要特征?

数学学习评价应促进学生发展;数学学习评价要体现多元化;数学学习评价要关注学生的差异。

10.在新课程背景下要营造出“大气”的课堂,三个“不要”指的是情节不要太多,环节不要太细,问题不要太碎。

11.简述新课程小学数学教学评价的范畴。

答:新课程小学数学教学评价的范畴:包括教师课堂教学评价、学生数学学习评价、数学考试评价以及以自我反思为主的教师发展性评价。

12.小学数学课堂教学评价标准中的“两实”、“两气”指的是什么?

答:小学数学课堂教学评价标准中的“两实”、“两气”指的是:真实、扎实、大气、灵气。

13. 新课程小学数学教学评价有哪些具体的要求?

答:新课程小学数学教学评价的具体要求:注重对学生数学学习过程的评价;恰当评价学生基础知识和基本技能的理解和掌握;重视对学生发现问题和解决问题能力的评价;重视评价结果的处理和呈现。

16.在学生数学学习评价中,定性评价和定量评价应体现哪些原则?

答:在学生数学学习评价中,定性评价和定量评价应体现的原则:互动性原则、多样性原则、激励性原则。

17.课堂教学要素评价法中确定的评价要素有哪些?

答:课堂教学要素评价法中确定的评价要素有教学目标、教学内容、教学方法、教学手段、师生行为、教学艺术、教学效果。

18.新课程下小学数学作业评价的策略有哪些?

答:新课程下小学数学作业评价的策略:分项评价,激励评价,跟踪评价,延迟评价,协商评价。

19. 小学数学教师自我反思的一般形式有哪些?

答:小学数学教师自我反思的一般形式:(1)课后备课;(2)教学后记;(3)教学诊断;(4)反思日记;(5)教学案例;(6)观摩分析。

20. 你认为实施课堂即兴评价应遵循哪些原则?

答:实施课堂即兴评价应遵循的原则:立足激励原则;关注人性原则;评价方式要多样化。

21.新课程小学数学考试评价的基本原则有哪些?

答:新课程小学数学考试评价的基本原则主要有:关注学生学业的原则、发掘学生潜能的原则、满足学生需求的原则、建立学生自信的原则、推动师生发展的原则。

22.小学数学学习评价的目的是什么?

答:小学数学学习评价的目的是:1、提供反馈信息,促进学生的发展;2、收集有关资料改善教师的教学;3、对学生数学学习的成就和进步进行评价;4、改善学生对数学的态度、情感和价值观。

23. 传统小学数学考试评价存在哪些不足?

主要表现在“五个过”:评价内容过多倚重学科知识,特别是课本上的知识;评价标准过多强调共性和一般趋势;评价方法以传统的纸笔考试为主,过多地倚重量化的结果;评价主体过多地处于消极的被动地位;

③ 数学基础知识

七年级到九年级数学必记重要知识点
1、过两点有且只有一条直线
2、两点之间线段最短
3、同角或等角的补角相等
4、同角或等角的余角相等
5、过一点有且只有一条直线和已知直线垂直
6、直线外一点与直线上各点连接的所有线段中,垂线段最短
7、平行公理 经过直线外一点,有且只有一条直线与这条直线平行
8、如果两条直线都和第三条直线平行,这两条直线也互相平行
9、同位角相等,两直线平行
10、内错角相等,两直线平行
11、同旁内角互补,两直线平行
12、两直线平行,同位角相等
13、两直线平行,内错角相等
14、两直线平行,同旁内角互补
15、定理 三角形两边的和大于第三边
16、推论 三角形两边的差小于第三边
17、三角形内角和定理 三角形三个内角的和等于180°
18、推论1 直角三角形的两个锐角互余
19、推论2 三角形的一个外角等于和它不相邻的两个内角的和
20、推论3 三角形的一个外角大于任何一个和它不相邻的内角
21、全等三角形的对应边、对应角相等
22、边角边公理(SAS) 有两边和它们的夹角对应相等的两个三角形全等
23、角边角公理( ASA)有两角和它们的夹边对应相等的 两个三角形全等
24、推论(AAS) 有两角和其中一角的对边对应相等的两个三角形全等
25、边边边公理(SSS) 有三边对应相等的两个三角形全等
26、斜边、直角边公理(HL) 有斜边和一条直角边对应相等的两个直角三角形全等
27、定理1 在角的平分线上的点到这个角的两边的距离相等
28、定理2 到一个角的两边的距离相同的点,在这个角的平分线上
29、角的平分线是到角的两边距离相等的所有点的集合
30、等腰三角形的性质定理 等腰三角形的两个底角相等 (即等边对等角)
31、推论1 等腰三角形顶角的平分线平分底边并且垂直于底边
32、等腰三角形的顶角平分线、底边上的中线和底边上的高互相重合
33、推论3 等边三角形的各角都相等,并且每一个角都等于60°
34、等腰三角形的判定定理 如果一个三角形有两个角相等,那么这两个角所对的边也相等(等角对等边)
35、推论1 三个角都相等的三角形是等边三角形
36、推论 2 有一个角等于60°的等腰三角形是等边三角形
37、在直角三角形中,如果一个锐角等于30°那么它所对的直角边等于斜边的一半
38、直角三角形斜边上的中线等于斜边上的一半
39、定理 线段垂直平分线上的点和这条线段两个端点的距离相等
40、逆定理 和一条线段两个端点距离相等的点,在这条线段的垂直平分线上
41、线段的垂直平分线可看作和线段两端点距离相等的所有点的集合
42、定理1 关于某条直线对称的两个图形是全等形
43、定理 2 如果两个图形关于某直线对称,那么对称轴是对应点连线的垂直平分线
44、定理3 两个图形关于某直线对称,如果它们的对应线段或延长线相交,那么交点在对称轴上
45、逆定理 如果两个图形的对应点连线被同一条直线垂直平分,那么这两个图形关于这条直线对称
46、勾股定理 直角三角形两直角边a、b的平方和、等于斜边c的平方,即a2+b2=c2
47、勾股定理的逆定理 如果三角形的三边长a、b、c有关系a2+b2=c2,那么这个三角形是直角三角形
48、定理 四边形的内角和等于360°
49、四边形的外角和等于360°
50、多边形内角和定理 n边形的内角的和等于(n-2)×180°
51、推论 任意多边的外角和等于360°
52、平行四边形性质定理1 平行四边形的对角相等
53、平行四边形性质定理2 平行四边形的对边相等
54、推论 夹在两条平行线间的平行线段相等
55、平行四边形性质定理3 平行四边形的对角线互相平分
56、平行四边形判定定理1 两组对角分别相等的四边形是平行四边形
57、平行四边形判定定理2 两组对边分别相等的四边 形是平行四边形
58、平行四边形判定定理3 对角线互相平分的四边形是平行四边形
59、平行四边形判定定理4 一组对边平行相等的四边形是平行四边形
60、矩形性质定理1 矩形的四个角都是直角
61、矩形性质定理2 矩形的对角线相等
62、矩形判定定理1 有三个角是直角的四边形是矩形
63、矩形判定定理2 对角线相等的平行四边形是矩形
64、菱形性质定理1 菱形的四条边都相等
65、菱形性质定理2 菱形的对角线互相垂直,并且每一条对角线平分一组对角
66、菱形面积=对角线乘积的一半,即S=(a×b)÷2
67、菱形判定定理1 四边都相等的四边形是菱形
68、菱形判定定理2 对角线互相垂直的平行四边形是菱形
69、正方形性质定理1 正方形的四个角都是直角,四条边都相等
70、正方形性质定理2正方形的两条对角线相等,并且互相垂直平分,每条对角线平分一组对角
71、定理1 关于中心对称的两个图形是全等的
72、定理2 关于中心对称的两个图形,对称点连线都经过对称中心,并且被对称中心平分
73、逆定理 如果两个图形的对应点连线都经过某一点,并且被这一点平分,那么这两个图形关于这一点对称
74、等腰梯形性质定理 等腰梯形在同一底上的两个角相等
75、等腰梯形的两条对角线相等
76、等腰梯形判定定理 在同一底上的两个角相等的梯 形是等腰梯形
77、对角线相等的梯形是等腰梯形
78、平行线等分线段定理 如果一组平行线在一条直线上截得的线段相等,那么在其他直线上截得的线段也相等
79、推论1 经过梯形一腰的中点与底平行的直线,必平分另一腰
80、推论2 经过三角形一边的中点与另一边平行的直线,必平分第三边
81、三角形中位线定理 三角形的中位线平行于第三边,并且等于它的一半
82、梯形中位线定理 梯形的中位线平行于两底,并且等于两底和的一半 L=(a+b)÷2 S=L×h
83、(1)比例的基本性质:
如果a:b=c:d,那么ad=bc
如果 ad=bc ,那么a:b=c:d
84、(2)合比性质:
如果a/b=c/d,那么(a±b)/b=(c±d)/d
85、(3)等比性质:
如果a/b=c/d=…=m/n(b+d+…+n≠0),
那么(a+c+…+m)/(b+d+…+n)=a/b
86、平行线分线段成比例定理 三条平行线截两条直线,所得的对应线段成比例
87、推论 平行于三角形一边的直线截其他两边(或两边的延长线),所得的对应线段成比例
88、定理 如果一条直线截三角形的两边(或两边的延长线)所得的对应线段成比例,那么这条直线平行于三角形的第三边
89、平行于三角形的一边,并且和其他两边相交的直线, 所截得的三角形的三边与原三角形三边对应成比例
90、定理 平行于三角形一边的直线和其他两边(或两边的延长线)相交,所构成的三角形与原三角形相似
91、相似三角形判定定理1 两角对应相等,两三角形相似(ASA)
92、直角三角形被斜边上的高分成的两个直角三角形和原三角形相似
93、判定定理2 两边对应成比例且夹角相等,两三角形相似(SAS)
94、判定定理3 三边对应成比例,两三角形相似(SSS)
95、定理 如果一个直角三角形的斜边和一条直角边与另一个直角三角形的斜边和一条直角边对应成比例,那么这两个直角三角形相似
96、性质定理1 相似三角形对应高的比,对应中线的比与对应角平分线的比都等于相似比
97、性质定理2 相似三角形周长的比等于相似比
98、性质定理3 相似三角形面积的比等于相似比的平方
99、任意锐角的正弦值等于它的余角的余弦值,任意锐角的余弦值等于它的余角的正弦值
100、任意锐角的正切值等于它的余角的余切值,任意锐角的余切值等于它的余角的正切值
101、圆是定点的距离等于定长的点的集合
102、圆的内部可以看作是圆心的距离小于半径的点的集合
103、圆的外部可以看作是圆心的距离大于半径的点的集合
104、同圆或等圆的半径相等
105、到定点的距离等于定长的点的轨迹,是以定点为圆心,定长为半径的圆
106、和已知线段两个端点的距离相等的点的轨迹,是着条线段的垂直平分线
107、到已知角的两边距离相等的点的轨迹,是这个角的平分线
108、到两条平行线距离相等的点的轨迹,是和这两条平行线平行且距离相等的一条直线
109、定理 不在同一直线上的三点确定一个圆。
110、垂径定理 垂直于弦的直径平分这条弦并且平分弦所对的两条弧
111、推论1
①平分弦(不是直径)的直径垂直于弦,并且平分弦所对的两条弧
②弦的垂直平分线经过圆心,并且平分弦所对的两条弧
③平分弦所对的一条弧的直径,垂直平分弦,并且平分弦所对的另一条弧
112、推论2 圆的两条平行弦所夹的弧相等
113、圆是以圆心为对称中心的中心对称图形
114、定理 在同圆或等圆中,相等的圆心角所对的弧相等,所对的弦相等,所对的弦的弦心距相等
115、推论 在同圆或等圆中,如果两个圆心角、两条弧、两条弦或两弦的弦心距中有一组量相等那么它们所对应的其余各组量都相等
116、定理 一条弧所对的圆周角等于它所对的圆心角的一半
117、推论1 同弧或等弧所对的圆周角相等;同圆或等圆中,相等的圆周角所对的弧也相等
118、推论2 半圆(或直径)所对的圆周角是直角;90°的圆周角所对的弦是直径
119、推论3 如果三角形一边上的中线等于这边的一半,那么这个三角形是直角三角形
120、定理 圆的内接四边形的对角互补,并且任何一个外角都等于它的内对角
121、①直线L和⊙O相交 d<r
②直线L和⊙O相切 d=r
③直线L和⊙O相离 d>r
122、切线的判定定理 经过半径的外端并且垂直于这条半径的直线是圆的切线
123、切线的性质定理 圆的切线垂直于经过切点的半径
124、推论1 经过圆心且垂直于切线的直线必经过切点
125、推论2 经过切点且垂直于切线的直线必经过圆心
126、切线长定理 从圆外一点引圆的两条切线,它们的切线长相等圆心和这一点的连线平分两条切线的夹角
127、圆的外切四边形的两组对边的和相等
128、弦切角定理 弦切角等于它所夹的弧对的圆周角
129、推论 如果两个弦切角所夹的弧相等,那么这两个弦切角也相等
130、相交弦定理 圆内的两条相交弦,被交点分成的两条线段长的积相等
131、推论 如果弦与直径垂直相交,那么弦的一半是它分直径所成的两条线段的比例中项
132、切割线定理 从圆外一点引圆的切线和割线,切线长是这点到割线与圆交点的两条线段长的比例中项
133、推论 从圆外一点引圆的两条割线,这一点到每条 割线与圆的交点的两条线段长的积相等
134、如果两个圆相切,那么切点一定在连心线上
135、①两圆外离 d>R+r
②两圆外切 d=R+r
③两圆相交 R-r<d<R+r(R>r)
④两圆内切 d=R-r(R>r)
⑤两圆内含 d<R-r(R>r)
136、定理 相交两圆的连心线垂直平分两圆的公共弦
137、定理 把圆分成n(n≥3):
⑴依次连结各分点所得的多边形是这个圆的内接正n边形
⑵经过各分点作圆的切线,以相邻切线的交点为顶点的多边形是这个圆的外切正n边形
138、定理 任何正多边形都有一个外接圆和一个内切圆,这两个圆是同心圆
139、正n边形的每个内角都等于(n-2)×180°/n
140、定理 正n边形的半径和边心距把正n边形分成2n个全等的直角三角形
141、正n边形的面积Sn=pnrn/2 p表示正n边形的周长
142、正三角形面积√3a/4 a表示边长
143、如果在一个顶点周围有k个正n边形的角,由于这些角的和应为360°,因此k×(n-2)180°/n=360°化为(n-2)(k-2)=4
144、弧长计算公式:L=n兀R/180
145、扇形面积公式:S扇形=n兀R^2/360=LR/2
146、内公切线长= d-(R-r) 外公切线长= d-(R+r)
正弦定理 a/sinA=b/sinB=c/sinC=2R
注:其中 R 表示三角形的外接圆半径
余弦定理 b2=a2+c2-2accosB
注:角B是边a和边c的夹角

④ 数学理论知识,究竟有没有价值

不定积分结果不唯一求导验证应该能够提高凑微分的计算能力先写别问唉。

因式分解。

⑤ 关于数学的知识有哪些

初中数学宝典,你知道学习数学最重要的是什么吗?
在初中学习数学这们课程的时候很多的学生都是比较烦恼的,因为这们课程是非常难的,并且难点非常多,很多的学生在刚开始学习的时候还可以更得上,但是过一段时间之后就会变得非常的吃力,那么你知道初中数学宝典是什么吗?我们来了解一下吧!

复习笔记
初中数学宝典----复习
很多的学生在刚开始的时候学习这们课程不费劲但是往后可能会学的非常吃力,其实这就是因为在学习后边的内容时将之前的内容忘掉了,所以会导致学习比较吃力,所以现在就需要用到我们的初中数学宝典--复习.
在数学的复习上,我们一定要去研究解题的思路和解题的步骤,这样我们的成绩才会提高,数学试题无论如何变化都离不开最为基本的理论,因此我们要在自己的脑海中建立一个数学的知识树.
我们在复习数学的时候,一定要对基础的知识进行整理和回顾,数学是一个阶梯式的课程,因此我们要建立起一个数学的知识树,我们要先在大脑中设想这棵知识树,然后找出自己的不足所在,在进行针对性的回顾,对于那写容易搞混的知识点,要进行梳理并且做到完全的区分,最重要的一点是,我们应该多层次的去分析问题,举一反三,将重点放在我们的解题思路上.
数学的复习,要秉承一个原则,那就是小题突破大题稳定,我们不可能在大题上做到突破但是在小题上可以做到这一点,有意识的练习自己选择题和填空题的答题速度,当然速度是在正确的情况下,这样会给下面的试题留下很多的思考时间,使用各种方法来进行解答.
在数学的复习上,我们一定要去研究解题的思路和解题的步骤,这样我们的成绩才会提高,数学试题无论如何变化都离不开最为基本的理论,因此在脑海中建立一个数学的知识树是非常必要的,这可以更快速的帮助自己解题.

复习知识点
以上就是初中数学宝典的内容,当学习吃力的时候可以先复习一下之前的内容,当然这个时候之前记得笔记就可以用来复习了,这样可以更好的帮助我们学习后期的内容,并且可以改善学习吃力的问题.

⑥ 关于数学的所有知识

“O”的自述

人人都轻视我,认为我可有可无、有时读数不读我,有时计算中一笔把我划掉。可你们知道吗?我也有许多实实在在的意义。
1.我表示“没有”。在数物体时,如果没有任何物体可数,就要用我来表示。
2.我有占数位的作用。记数时,如果数的某一数位上一个单位也没有,就用我来占位。比如:1080中百位、个位上一个单位也没有就用:0来占位。
3.我表示起点。直尺、秤的起点都是用我来表示的。
4.我表示界限。温度计上,我的上边叫“零上”,我的下边叫“零下”。
5.我可以表示不同的精确度。在近似计算中,小数部分末尾的我可不能随便划去。如:7.00、7.0、7的精确度是不同的。
6.我不能做除数。让我做除数可就麻烦了,因为我做除数是没有意义的。
以后你们还会学到我的很多特殊性质、小朋友,请你不要看不起我。
为什么电子计算机要用二进位制
由于人的双手有十个手指,人类发明了十进位制记数法。然而,十进位制和电子计算机却没有天然的联系,所以在计算机的理论和应用中难以畅通无阻。究竟为什么十进位制和计算机没有天然的联系?和计算机联系最自然的记数方法又是什么呢?
这要从计算机的工作原理说起。计算机的运行要靠电流,对于一个电路节点而言,电流通过的状态只有两个:通电和断电。计算机信息存储常用硬磁盘和软磁盘,对于磁盘上的每一个记录点而言,也只有两个状态:磁化和未磁化。近年来用光盘记录信息的做法也越来越普遍,光盘上海一个信息点的物理状态有两个:凹和凸,分别起着聚光和散光的作用。由此可见,计算机所使用的各种介质所能表现的都是两种状态,如果要记录十进位制的一位数,至少要有四个记录点(可有十六个信息状态),但此时又有六个信息状态闲置,这势必造成资源和资金的大量浪费。因此,十进位制不适合于作为计算机工作的数字进位制。那么该用什么样的进位制呢?人们从十进位制的发明中得到启示:既然每种介质都是具有两个状态的,最自然的进位制当然是二进位制。
二进位制所需要的记数的基本符号只要两个,即0和1。可以用1表示通电,0表示断电;或1表示磁化,0表示未磁化;或1表示凹点,0表示凸点。总之,二进位制的一个数位正好对应计算机介质的一个信息记录点。用计算机科学的语言,二进位制的一个数位称为一个比特(bit),8个比特称为一个字节(byte)。
二进位制在计算机内部使用是再自然不过的。但在人机交流上,二进位制有致命的弱点——数字的书写特别冗长。例如,十进位制的100000写成二进位制成为11000011010100000。为了解决这个问题,在计算机的理论和应用中还使用两种辅助的进位制——八进位制和十六进位制。二进位制的三个数位正好记为八进位制的一个数位,这样,数字长度就只有二进位制的三分之一,与十进位制记的数长度相差不多。例如,十进位制的100000写成八进位制就是303240。十六进位制的一个数位可以代表二进位制的四个数位,这样,一个字节正好是十六进位制的两个数位。十六进位制要求使用十六个不同的符号,除了0—9十个符号外,常用A、B、C、D、E、F六个符号分别代表(十进位制的)10、11、12、13、14、15。这样,十进位制的100000写成十六进位制就是186A0。

二进位制和八进位制、二进位制和十六进位制之间的换算都十分简便,而采用八进位制和十六进位制又避免了数字冗长带来的不便,所以八进位制、十六进位制已成为人机交流中常用的记数法。
为什么时间和角度的单位用六十进位制

时间的单位是小时,角度的单位是度,从表面上看,它们完全没有关系。可是,为什么它们都分成分、秒等名称相同的小单位呢?为什么又都用六十进位制呢?
我们仔细研究一下,就知道这两种量是紧密联系着的。原来,古代人由于生产劳动的需要,要研究天文和历法,就牵涉到时间和角度了。譬如研究昼夜的变化,就要观察地球的自转,这里自转的角度和时间是紧密地联系在一起的。因为历法需要的精确度较高,时间的单位“小时”、角度的单位“度”都嫌太大,必须进一步研究它们的小数。时间和角度都要求它们的小数单位具有这样的性质:使1/2、1/3、1/4、1/5、1/6等都能成为它的整数倍。以1/60作为单位,就正好具有这个性质。譬如:1/2等于30个1/60,1/3等于20个1/60,1/4等于15个1/60……
数学上习惯把这个1/60的单位叫做“分”,用符号“′”来表示;把1分的1/60的单位叫做“秒”,用符号“〃”来表示。时间和角度都用分、秒作小数单位。
这个小数的进位制在表示有些数字时很方便。例如常遇到的1/3,在十进位制里要变成无限小数,但在这种进位制中就是一个整数。
这种六十进位制(严格地说是六十退位制)的小数记数法,在天文历法方面已长久地为全世界的科学家们所习惯,所以也就一直沿用到今天。
长度单位的自述

一天,长度单位的弟兄们到一起开会,主持会议的是“公里”老大哥,它首先发了言:“我们长度等单位是个国际大家庭,今天来参加会的是我们大家庭中的少数派,人们对我们非常生疏,因此,我们先作一下自我介绍。”首先从会场中央站起来一个说道:“我叫‘引’,是中国籍的单位长度,中国古代《汉书:律历志上》有我的名字,所以我的年龄很大啦!是中国籍古时十丈为一引,今为‘市引’的简称,1公里(千米)=30(市)引。”说完就坐下了。接着从会议室一个角落站起一个“单位”大声喊道:“我叫‘码’,是英籍长度单位.英语‘yard’的译名,1码=3英尺,1英里=1760码。与公制及市制的关系是:1码=0.9144米=2.743市尺。”“码”发言完后,就一个接一个的说开了。“我叫‘节’,我是无国籍‘人士’,也可以说,每一国都是我的国籍,因为我是国际通用的航海速度单位,也可用于度量水流速度和水中兵器(如鱼雷)的速度。我是离不开长度的,海里是我的爸爸,小时是我的妈妈。1节=1海里/小时,例如,某船相对于静止水面的速度为15海里/小时,那么它的航速就是15节”.“我叫‘链’,生长在海上,是海上计量短距离的一种专用单位,我是一海里的十分之一。”“我的名字大约谁也没听说过吧!我叫‘浔’;海洋测量中计量水深的专用单位,也可以说是无国籍人士,1浔=1/100链=1/1000海里=1.852米。”“我叫‘町’,是日本籍,也是一种长度单位,是国际长度等单位大家庭中的一员,只是我的面孔怪僻。所以大家见的不多(町=1/36日里,1公里=9.167町=0.2546日里)。”大家发言完后,“公里”说:“很好!我们初次见面,大家认识了一下,我们快回各自的岗位吧!继续发挥我们各自的伟大作用。”

人身上的“尺子”
你知道吗?我们每个人身上都携带着几把尺子。假如你“一拃”的长度为8厘米,量一下你课桌的长为7拃,则可知课桌长为56厘米。如果你每步长65厘米,你上学时,数一数你走了多少步,就能算出从你家到学校有多远。身高也是一把尺子。如果你的身高是150厘米,那么你抱住一棵大树,两手正好合拢,这棵树的一周的长度大约是150厘米。因为每个人两臂平伸,两手指尖之间的长度和身高大约是一样的。要是你想量树的高,影子也可以帮助你的。你只要量一量树的影子和自己的影子长度就可以了。因为树的高度=树影长×身高÷人影长。这是为什么?等你学会比例以后就明白了。你若去游玩,要想知道前面的山距你有多远,可以请声音帮你量一量。声音每秒能走331米,那么你对着山喊一声,再看几秒可听到回声,用331乘听到回声的时间,再除以2就能算出来了。学会用你身上这几把尺子,对你计算一些问题是很有好处的。同时,在你的日常生活中,它也会为你提供方便的。你可要想着它呀!
阿拉伯数字
在生活中,我们经常会用到0、1、2、3、4、5、6、7、8、9这些数字。那么你知道这些数字是谁发明的吗?
这些数字符号原来是古代印度人发明的,后来传到阿拉伯,又从阿拉伯传到欧洲,欧洲人误以为是阿拉伯人发明的,就把它们叫做“阿拉伯数字”,因为流传了许多年,人们叫得顺口,所以至今人们仍然将错就错,把这些古代印度人发明的数字符号叫做阿拉伯数字。
现在,阿拉伯数字已成了全世界通用的数字符号。
九 九 歌

九九歌就是我们现在使用的乘法口诀。
远在公元前的春秋战国时代,九九歌就已经被人们广泛使用。在当时的许多着作中,都有关于九九歌的记载。最初的九九歌是从“九九八十一”起到“二二如四”止,共36句。因为是从“九九八十一”开始,所以取名九九歌。大约在公元五至十世纪间,九九歌才扩充到“一一如一”。大约在公元十三、十四世纪,九九歌的顺序才变成和现在所用的一样,从“一一如一”起到“九九八十一”止。
现在我国使用的乘法口诀有两种,一种是45句的,通常称为“小九九”;还有一种是81句的,通常称为“大九九”。
数学符号的起源

数学除了记数以外,还需要一套数学符号来表示数和数、数和形的相互关系。
数学符号的发明和使用比数字晚,但是数量多得多。现在常用的有200多个,初中数学书里就不下20多种。它们都有一段有趣的经历。
例如加号曾经有好几种,现在通用"+"号。
"+"号是由拉丁文"et"("和"的意思)演变而来的。十六世纪,意大利科学家塔塔里亚用意大利文"più"(加的意思)的第一个字母表示加,草为"μ"最后都变成了"+"号。
"-"号是从拉丁文"minus"("减"的意思)演变来的,简写m,再省略掉字母,就成了"-"了。
也有人说,卖酒的商人用"-"表示酒桶里的酒卖了多少。以后,当把新酒灌入大桶的时候,就在"-"上加一竖,意思是把原线条勾销,这样就成了个"+"号。
到了十五世纪,德国数学家魏德美正式确定:"+"用作加号,"-"用作减号。
乘号曾经用过十几种,现在通用两种。一个是"×",最早是英国数学家奥屈特1631年提出的;一个是"· ",最早是英国数学家赫锐奥特首创的。德国数学家莱布尼茨认为:"×"号象拉丁字母"X",加以反对,而赞成用"· "号。他自己还提出用"п"表示相乘。可是这个符号现在应用到集合论中去了。
到了十八世纪,美国数学家欧德莱确定,把"×"作为乘号。他认为"×"是"+"斜起来写,是另一种表示增加的符号。
"÷"最初作为减号,在欧洲大陆长期流行。直到1631年英国数学家奥屈特用":"表示除或比,另外有人用"-"(除线)表示除。后来瑞士数学家拉哈在他所着的《代数学》里,才根据群众创造,正式将"÷"作为除号。
平方根号曾经用拉丁文"Radix"(根)的首尾两个字母合并起来表示,十七世纪初叶,法国数学家笛卡儿在他的《几何学》中,第一次用"√"表示根号。"r"是由拉丁字线"r"变,"--"是括线。
十六世纪法国数学家维叶特用"="表示两个量的差别。可是英国牛津大学数学、修辞学教授列考尔德觉得:用两条平行而又相等的直线来表示两数相等是最合适不过的了,于是等于符号"="就从1540年开始使用起来。
1591年,法国数学家韦达在菱中大量使用这个符号,才逐渐为人们接受。十七世纪德国莱布尼茨广泛使用了"="号,他还在几何学中用"∽"表示相似,用"≌"表示全等。
大于号"〉"和小于号"〈",是1631年英国着名代数学家赫锐奥特创用。至于≯""≮"、"≠"这三个符号的出现,是很晚很晚的事了。大括号"{ }"和中括号"[ ]"是代数创始人之一魏治德创造的。
世界杯中的数学问题

当韩日世界杯进行得如火如荼的时候,大家有没有发现世界杯中有许多数学问题。不信,你往下看。
在世界杯小组赛上,每四个队进行单循环比赛,每场比赛胜队得3分,负队得0分,平局两队各得1分。小组赛结束后,总积分高的两队出线,进入下一轮比赛。如果总积分相同,还要按进一步的规则排序。
问题一:
一个队为了晋级下一轮,至少要积几分才能保证必然出线?
4个队单循环赛要赛6场,每场比赛最多产生3分,6场比赛最多产生18分。
若某队积6分,则剩下12分,可能有另两个队也各得6分,这样就要按进一步规则排序,因此该队有可能不出线。
我想出来了:若一个队积7分,则剩下11分,这样另外三个队中不可能再有两个队积分等于或者超过7分,这样该队必然出线。因此一个队为了晋级下一轮,至少要积分7分才能保证必然出线。
问题二:
一个队只积3分,这个队有可能出线吗?
有可能。6场比赛都是平局,4个队都只得了3分,按进一步规则排序,该队如果处于前两位,就有可能出线。
还有一种情况,大家能想出来吗?

想一想:(1)一个球队积5分,该队能出线吗?为什么?
(2)一个球队积2分,该队能出线吗?为什么?
小朋友,你们在观看世界杯比赛的过程中,有没有想过这些问题呢?其实,生活中数学无处不在,只要大家留心观察,你会有不小的收获的。

⑦ 什么是数学,数学理论是什么

数学是研究数量、结构、变化以及空间模型等概念的一门学科。透过抽象化和逻辑推理的使用,由计数、计算、量度和对物体形状及运动的观察中产生。数学家们拓展这些概念,为了公式化新的猜想以及从合适选定的公理及定义中建立起严谨推导出的真理。 理论是指人们关于事物知识的理解和论述。简称:理论。 如,关于自然领域事物知识的理解和论述称为自然科学理论;关于社会领域知识的理解和论述称为社会科学理论;关于思维领域知识的理解和论述称为逻辑学理论。

⑧ 中国经典数学理论20个

摘要 中国数学最早的有河图,洛书,然后最出名的有勾股定理,割圆法,

数学知识都有哪些

数学知识包罗万象,上到天文地理,下至鸡毛蒜皮都涉及数学知识,不过最基本的不外是幼儿园、小学所教内容:认识数字大小、加减乘除四则运算,最多加上分数、小数的知识,基本上就是日常都要用到的数学知识,熟练掌握运算以及所谓“应用题”的解决,再掌握一点关于面积、体积的计算更好。至于其他“数学知识”,即使顶尖数学家恐怕难以说清楚“数学”最终包括哪些内容,因为科学技术就是一个不断探索、不断发展的过程。

⑩ 数学知识

π的历史

圆的周长与直径之比是一个常数,人们称之为圆周率。通常用希腊字母“π”来表示。1706年,英国人琼斯首次创用π代表圆周率。他的符号并未立刻被采用,以后,欧拉予以提倡,才渐渐推广开来。现在π已成为圆周率的专用符号,π的研究,在一定程度上反映这个地区或时代的数学水平,它的历史是饶有趣味的。
在古代,实际上长期使用 π=3这个数值,巴比伦、印度、中国都是如此。到公元前2世纪,中国的《周髀算经》里已有周三径一的记载。东汉的数学家又将值改为根号10(约为3.16)。真正使圆周率计算建立在科学的基础上,首先应归功于阿基米德。他专门写了一篇论文《圆的度量》,用几何方法证明了圆周率与圆直径之比小于三又七分之一而大于三又七十一分之十。这是第一次在科学中创用上、下界来确定近似值。第一次用正确方法计算π值的,是魏晋时期的刘徽,在公元263年,他创用了用圆的内接正多边形的面积来逼近圆面积的方法,算得π值为3.14。我国称这种方法为“割圆术”。直到1200年后,西方人才找到了类似的方法。后人为纪念刘徽的贡献,将3.14称为徽率。
公元460年,南朝的祖冲之利用刘徽的割圆术,把π值算到小点后第七位3.1415926,这个具有七位小数的圆周率在当时是世界首次。祖冲之还找到了两个分数:22/7和113/355,用分数来代替π,极大地简化了计算,这种思想比西方也早一千多年。
祖冲之的圆周率,保持了一千多年的世界记录。终于在1596年,由荷兰数学家卢道夫打破了。他把π值推到小数点后第15位小数,最后推到第35位。为了纪念他这项成就,人们在他1610年去世后的墓碑上,刻上:3.这个数,从此也把它称为“卢道夫数”。
之后,西方数学家计算 的工作,有了飞速的进展。1948年1月,费格森与雷思奇合作,算出808位小数的π值。计算机问世后,π的人工计算宣告结束。20世纪50年代,人们借助计算机算得了10万位小数的π值,70年代又突破这个记录,算到了150万位。到90年代初,用新的计算方法,算到的值已到了4.8亿位。π的计算经历了几千年的历史,它的每一次重大进步,都标志着技术和算法的革新。
圆周率π的计算历程

圆周率是一个极其驰名的数。从有文字记载的历史开始,这个数就引进了外行人和学者们的兴趣。作为一个非常重要的常数,圆周率最早是出于解决有关圆的计算问题。仅凭这一点,求出它的尽量准确的近似值,就是一个极其迫切的问题了。事实也是如此,几千年来作为数学家们的奋斗目标,古今中外一代一代的数学家为此献出了自己的智慧和劳动。回顾历史,人类对 π 的认识过程,反映了数学和计算技术发展情形的一个侧面。 π 的研究,在一定程度上反映这个地区或时代的数学水平。德国数学史家康托说:"历史上一个国家所算得的圆周率的准确程度,可以作为衡量这个国家当时数学发展水平的指标。"直到19世纪初,求圆周率的值应该说是数学中的头号难题。为求得圆周率的值,人类走过了漫长而曲折的道路,它的历史是饶有趣味的。我们可以将这一计算历程分为几个阶段。

实验时期

通过实验对 π 值进行估算,这是计算 π 的的第一阶段。这种对 π 值的估算基本上都是以观察或实验为根据,是基于对一个圆的周长和直径的实际测量而得出的。在古代世界,实际上长期使用 π =3这个数值。最早见于文字记载的有基督教《圣经》中的章节,其上取圆周率为3。这一段描述的事大约发生在公元前950年前后。其他如巴比伦、印度、中国等也长期使用3这个粗略而简单实用的数值。在我国刘徽之前"圆径一而周三"曾广泛流传。我国第一部《周髀算经》中,就记载有圆"周三径一"这一结论。在我国,木工师傅有两句从古流传下来的口诀:叫做:"周三径一,方五斜七",意思是说,直径为1的圆,周长大约是3,边长为5的正方形,对角线之长约为7。这正反映了早期人们对圆周率 π 和√2 这两个无理数的粗略估计。东汉时期官方还明文规定圆周率取3为计算面积的标准。后人称之为"古率"。

早期的人们还使用了其它的粗糙方法。如古埃及、古希腊人曾用谷粒摆在圆形上,以数粒数与方形对比的方法取得数值。或用匀重木板锯成圆形和方形以秤量对比取值……由此,得到圆周率的稍好些的值。如古埃及人应用了约四千年的 4 (8/9)2 = 3.1605。在印度,公元前六世纪,曾取 π= √10 = 3.162。在我国东、西汉之交,新朝王莽令刘歆制造量的容器――律嘉量斛。刘歆在制造标准容器的过程中就需要用到圆周率的值。为此,他大约也是通过做实验,得到一些关于圆周率的并不划一的近似值。现在根据铭文推算,其计算值分别取为3.1547,3.1992,3.1498,3.2031比径一周三的古率已有所进步。人类的这种探索的结果,当主要估计圆田面积时,对生产没有太大影响,但以此来制造器皿或其它计算就不合适了。

几何法时期

凭直观推测或实物度量,来计算 π 值的实验方法所得到的结果是相当粗略的。

真正使圆周率计算建立在科学的基础上,首先应归功于阿基米德。他是科学地研究这一常数的第一个人,是他首先提出了一种能够借助数学过程而不是通过测量的、能够把 π 的值精确到任意精度的方法。由此,开创了圆周率计算的第二阶段。

圆周长大于内接正四边形而小于外切正四边形,因此 2√2 < π < 4 。
当然,这是一个差劲透顶的例子。据说阿基米德用到了正96边形才算出他的值域。

阿基米德求圆周率的更精确近似值的方法,体现在他的一篇论文《圆的测定》之中。在这一书中,阿基米德第一次创用上、下界来确定 π 的近似值,他用几何方法证明了"圆周长与圆直径之比小于 3+(1/7) 而大于 3 + (10/71) ",他还提供了误差的估计。重要的是,这种方法从理论上而言,能够求得圆周率的更准确的值。到公元150年左右,希腊天文学家托勒密得出 π =3.1416,取得了自阿基米德以来的巨大进步。

割圆术。不断地利用勾股定理,来计算正N边形的边长。

在我国,首先是由数学家刘徽得出较精确的圆周率。公元263年前后,刘徽提出着名的割圆术,得出 π =3.14,通常称为"徽率",他指出这是不足近似值。虽然他提出割圆术的时间比阿基米德晚一些,但其方法确有着较阿基米德方法更美妙之处。割圆术仅用内接正多边形就确定出了圆周率的上、下界,比阿基米德用内接同时又用外切正多边形简捷得多。另外,有人认为在割圆术中刘徽提供了一种绝妙的精加工办法,以致于他将割到192边形的几个粗糙的近似值通过简单的加权平均,竟然获得具有4位有效数字的圆周率 π =3927/1250 =3.1416。而这一结果,正如刘徽本人指出的,如果通过割圆计算得出这个结果,需要割到3072边形。这种精加工方法的效果是奇妙的。这一神奇的精加工技术是割圆术中最为精彩的部分,令人遗憾的是,由于人们对它缺乏理解而被长期埋没了。

恐怕大家更加熟悉的是祖冲之所做出的贡献吧。对此,《隋书·律历志》有如下记载:"宋末,南徐州从事祖冲之更开密法。以圆径一亿为丈,圆周盈数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽,朒数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽,正数在盈朒二限之间。密率:圆径一百一十三,圆周三百五十五。约率,圆径七,周二十二。"

这一记录指出,祖冲之关于圆周率的两大贡献。其一是求得圆周率

3.1415926 < π < 3.1415927

其二是,得到 π 的两个近似分数即:约率为22/7;密率为355/113。

他算出的 π 的8位可靠数字,不但在当时是最精密的圆周率,而且保持世界记录九百多年。以致于有数学史家提议将这一结果命名为"祖率"。

这一结果是如何获得的呢?追根溯源,正是基于对刘徽割圆术的继承与发展,祖冲之才能得到这一非凡的成果。因而当我们称颂祖冲之的功绩时,不要忘记他的成就的取得是因为他站在数学伟人刘徽的肩膀上的缘故。后人曾推算若要单纯地通过计算圆内接多边形边长的话,得到这一结果,需要算到圆内接正12288边形,才能得到这样精确度的值。祖冲之是否还使用了其它的巧妙办法来简化计算呢?这已经不得而知,因为记载其研究成果的着作《缀术》早已失传了。这在中国数学发展史上是一件极令人痛惜的事。

中国发行的祖冲之纪念邮票

祖冲之的这一研究成果享有世界声誉:巴黎"发现宫"科学博物馆的墙壁上着文介绍了祖冲之求得的圆周率,莫斯科大学礼堂的走廊上镶嵌有祖冲之的大理石塑像,月球上有以祖冲之命名的环形山……

对于祖冲之的关于圆周率的第二点贡献,即他选用两个简单的分数尤其是用密率来近似地表示 π 这一点,通常人们不会太注意。然而,实际上,后者在数学上有更重要的意义。

密率与 π 的近似程度很好,但形式上却很简单,并且很优美,只用到了数字1、3、5。数学史家梁宗巨教授验证出:分母小于16604的一切分数中,没有比密率更接近 π 的分数。在国外,祖冲之死后一千多年,西方人才获得这一结果。

可见,密率的提出是一件很不简单的事情。人们自然要追究他是采用什么办法得到这一结果的呢?他是用什么办法把圆周率从小数表示的近似值化为近似分数的呢?这一问题历来为数学史家所关注。由于文献的失传,祖冲之的求法已不为人知。后人对此进行了各种猜测。

让我们先看看国外历史上的工作,希望能够提供出一些信息。

1573年,德国人奥托得出这一结果。他是用阿基米德成果22/7与托勒密的结果377/120用类似于加成法"合成"的:(377-22) / (120-7) = 355/113。

1585年,荷兰人安托尼兹用阿基米德的方法先求得:333/106 < π < 377/120,用两者作为 π 的母近似值,分子、分母各取平均,通过加成法获得结果:3 ((15+17)/(106+120) = 355/113。

两个虽都得出了祖冲之密率,但使用方法都为偶合,无理由可言。

在日本,十七世纪关孝和重要着作《括要算法》卷四中求圆周率时创立零约术,其实质就是用加成法来求近似分数的方法。他以3、4作为母近似值,连续加成六次得到祖冲之约率,加成一百十二次得到密率。其学生对这种按部就班的笨办法作了改进,提出从相邻的不足、过剩近似值就近加成的办法,(实际上就是我们前面已经提到的加成法)这样从3、4出发,六次加成到约率,第七次出现25/8,就近与其紧邻的22/7加成,得47/15,依次类推,只要加成23次就得到密率。

钱宗琮先生在《中国算学史》(1931年)中提出祖冲之采用了我们前面提到的由何承天首创的"调日法"或称加权加成法。他设想了祖冲之求密率的过程:以徽率157/50,约率22/7为母近似值,并计算加成权数x=9,于是 (157 + 22×,9) / (50+7×9) = 355/113,一举得到密率。钱先生说:"冲之在承天后,用其术以造密率,亦意中事耳。"

另一种推测是:使用连分数法。

由于求二自然数的最大公约数的更相减损术远在《九章算术》成书时代已流行,所以借助这一工具求近似分数应该是比较自然的。于是有人提出祖冲之可能是在求得盈 二数之后,再使用这个工具,将3.14159265表示成连分数,得到其渐近分数:3,22/7,333/106,355/113,102573/32650…

最后,取精确度很高但分子分母都较小的355/113作为圆周率的近似值。至于上面圆周率渐近分数的具体求法,这里略掉了。你不妨利用我们前面介绍的方法自己求求看。英国李约瑟博士持这一观点。他在《中国科学技术史》卷三第19章几何编中论祖冲之的密率说:"密率的分数是一个连分数渐近数,因此是一个非凡的成就。"

我国再回过头来看一下国外所取得的成果。

1150年,印度数学家婆什迦罗第二计算出 π= 3927/1250 = 3.1416。1424年,中亚细亚地区的天文学家、数学家卡西着《圆周论》,计算了3×228=805,306,368边内接与外切正多边形的周长,求出 π 值,他的结果是:

π=3.14159265358979325

有十七位准确数字。这是国外第一次打破祖冲之的记录。

16世纪的法国数学家韦达利用阿基米德的方法计算 π 近似值,用 6×216正边形,推算出精确到9位小数的 π 值。他所采用的仍然是阿基米德的方法,但韦达却拥有比阿基米德更先进的工具:十进位置制。17世纪初,德国人鲁道夫用了几乎一生的时间钻研这个问题。他也将新的十进制与早的阿基米德方法结合起来,但他不是从正六边形开始并将其边数翻番的,他是从正方形开始的,一直推导出了有262条边的正多边形,约4,610,000,000,000,000,000边形!这样,算出小数35位。为了记念他的这一非凡成果,在德国圆周率 π 被称为"鲁道夫数"。但是,用几何方法求其值,计算量很大,这样算下去,穷数学家一生也改进不了多少。到鲁道夫可以说已经登峰造极,古典方法已引导数学家们走得很远,再向前推进,必须在方法上有所突破。

17世纪出现了数学分析,这锐利的工具使得许多初等数学束手无策的问题迎刃而解。 π 的计算历史也随之进入了一个新的阶段。

分析法时期

这一时期人们开始摆脱求多边形周长的繁难计算,利用无穷级数或无穷连乘积来算 π 。

1593年,韦达给出

这一不寻常的公式是 π 的最早分析表达式。甚至在今天,这个公式的优美也会令我们赞叹不已。它表明仅仅借助数字2,通过一系列的加、乘、除和开平方就可算出 π 值。

接着有多种表达式出现。如沃利斯1650年给出:

1706年,梅钦建立了一个重要的公式,现以他的名字命名:

再利用分析中的级数展开,他算到小数后100位。

这样的方法远比可怜的鲁道夫用大半生时间才抠出的35位小数的方法简便得多。显然,级数方法宣告了古典方法的过时。此后,对于圆周率的计算像马拉松式竞赛,纪录一个接着一个:

1844年,达塞利用公式:

算到200位。

19世纪以后,类似的公式不断涌现, π 的位数也迅速增长。1873年,谢克斯利用梅钦的一系列方法,级数公式将 π 算到小数后707位。为了得到这项空前的纪录,他花费了二十年的时间。他死后,人们将这凝聚着他毕生心血的数值,铭刻在他的墓碑上,以颂扬他顽强的意志和坚韧不拔的毅力。于是在他的墓碑上留下了他一生心血的结晶: π 的小数点后707位数值。这一惊人的结果成为此后74年的标准。此后半个世纪,人们对他的计算结果深信不疑,或者说即便怀疑也没有办法来检查它是否正确。以致于在1937年巴黎博览会发现馆的天井里,依然显赫地刻着他求出的 π 值。

又过了若干年,数学家弗格森对他的计算结果产生了怀疑,其疑问基于如下猜想:在 π 的数值中,尽管各数字排列没有规律可循,但是各数码出现的机会应该相同。当他对谢克斯的结果进行统计时,发现各数字出现次数过于参差不齐。于是怀疑有误。他使用了当时所能找到的最先进的计算工具,从1944年5月到1945年5月,算了整整一年。1946年,弗格森发现第528位是错的(应为4,误为5)。谢克斯的值中足足有一百多位全都报了销,这把可怜的谢克斯和他的十五年浪费了的光阴全部一笔勾销了。

对此,有人曾嘲笑他说:数学史在记录了诸如阿基米德、费马等人的着作之余,也将会挤出那么一、二行的篇幅来记述1873年前谢克斯曾把 π 计算到小数707位这件事。这样,他也许会觉得自己的生命没有虚度。如果确实是这样的话,他的目的达到了。

人们对这些在地球的各个角落里作出不懈努力的人感到不可理解,这可能是正常的。但是,对此做出的嘲笑却是过于残忍了。人的能力是不同的,我们无法要求每个人都成为费马、高斯那样的人物。但成为不了伟大的数学家,并不意味着我们就不能为这个社会做出自己有限的贡献。人各有其长,作为一个精力充沛的计算者,谢克斯愿意献出一生的大部分时光从事这项工作而别无报酬,并最终为世上的知识宝库添了一小块砖加了一个块瓦。对此我们不应为他的不懈努力而感染并从中得到一些启发与教育吗?

1948年1月弗格森和伦奇两人共同发表有808位正确小数的 π 。这是人工计算 π 的最高记录。

计算机时期

1946年,世界第一台计算机ENIAC制造成功,标志着人类历史迈入了电脑时代。电脑的出现导致了计算方面的根本革命。1949年,ENIAC根据梅钦公式计算到2035(一说是2037)位小数,包括准备和整理时间在内仅用了70小时。计算机的发展一日千里,其记录也就被频频打破。

ENIAC:一个时代的开始

1973年,有人就把圆周率算到了小数点后100万位,并将结果印成一本二百页厚的书,可谓世界上最枯燥无味的书了。1989年突破10亿大关,1995年10月超过64亿位。1999年9月30日,《文摘报》报道,日本东京大学教授金田康正已求到2061.5843亿位的小数值。如果将这些数字打印在A4大小的复印纸上,令每页印2万位数字,那么,这些纸摞起来将高达五六百米。来自最新的报道:金田康正利用一台超级计算机,计算出圆周率小数点后一兆二千四百一十一亿位数,改写了他本人两年前创造的纪录。据悉,金田教授与日立制作所的员工合作,利用目前计算能力居世界第二十六位的超级计算机,使用新的计算方法,耗时四百多个小时,才计算出新的数位,比他一九九九年九月计算出的小数点后二千六百一十一位提高了六倍。圆周率小数点后第一兆位数是二,第一兆二千四百一十一亿位数为五。如果一秒钟读一位数,大约四万年后才能读完。

不过,现在打破记录,不管推进到多少位,也不会令人感到特别的惊奇了。实际上,把 π 的数值算得过分精确,应用意义并不大。现代科技领域使用的 π 值,有十几位已经足够。如果用鲁道夫的35位小数的 π 值计算一个能把太阳系包围起来的圆的周长,误差还不到质子直径的百万分之一。我们还可以引美国天文学家西蒙·纽克姆的话来说明这种计算的实用价值:

"十位小数就足以使地球周界准确到一英寸以内,三十位小数便能使整个可见宇宙的四周准确到连最强大的显微镜都不能分辨的一个量。"

那么为什么数学家们还象登山运动员那样,奋力向上攀登,一直求下去而不是停止对 π 的探索呢?为什么其小数值有如此的魅力呢?

这其中大概免不了有人类的好奇心与领先于人的心态作怪,但除此之外,还有许多其它原因。

奔腾与圆周率之间的奇妙关系……

1、它现在可以被人们用来测试或检验超级计算机的各项性能,特别是运算速度与计算过程的稳定性。这对计算机本身的改进至关重要。就在几年前,当Intel公司推出奔腾(Pentium)时,发现它有一点小问题,这问题正是通过运行 π 的计算而找到的。这正是超高精度的 π 计算直到今天仍然有重要意义的原因之一。

2、 计算的方法和思路可以引发新的概念和思想。虽然计算机的计算速度超出任何人的想象,但毕竟还需要由数学家去编制程序,指导计算机正确运算。实际上,确切地说,当我们把 π 的计算历史划分出一个电子计算机时期时,这并非意味着计算方法上的改进,而只是计算工具有了一个大飞跃而已。因而如何改进计算技术,研究出更好的计算公式,使公式收敛得更快、能极快地达到较大的精确度仍是数学家们面对的一个重要课题。在这方面,本世纪印度天才数学家拉马努扬得出了一些很好的结果。他发现了许多能够迅速而精确地计算 π 近似值的公式。他的见解开通了更有效地计算 π 近似值的思路。现在计算机计算 π 值的公式就是由他得到的。至于这位极富传奇色彩的数学家的故事,在这本小书中我们不想多做介绍了。不过,我希望大家能够明白 π 的故事讲述的是人类的胜利,而不是机器的胜利。

3、还有一个关于 π 的计算的问题是:我们能否无限地继续算下去?答案是:不行!根据朱达偌夫斯基的估计,我们最多算1077位。虽然,现在我们离这一极限还相差很远很远,但这毕竟是一个界限。为了不受这一界限的约束,就需要从计算理论上有新的突破。前面我们所提到的计算,不管用什么公式都必须从头算起,一旦前面的某一位出错,后面的数值完全没有意义。还记得令人遗憾的谢克斯吗?他就是历史上最惨痛的教训。

4、于是,有人想能否计算时不从头开始,而是从半截开始呢?这一根本性的想法就是寻找并行算法公式。1996年,圆周率的并行算法公式终于找到,但这是一个16进位的公式,这样很容易得出的1000亿位的数值,只不过是16进位的。是否有10进位的并行计算公式,仍是未来数学的一大难题。

5、作为一个无穷数列,数学家感兴趣的把 π 展开到上亿位,能够提供充足的数据来验证人们所提出的某些理论问题,可以发现许多迷人的性质。如,在 π 的十进展开中,10个数字,哪些比较稀,哪些比较密? π 的数字展开中某些数字出现的频率会比另一些高吗?或许它们并非完全随意?这样的想法并非是无聊之举。只有那些思想敏锐的人才会问这种貌似简单,许多人司空见惯但却不屑发问的问题。

6、数学家弗格森最早有过这种猜想:在 π 的数值式中各数码出现的概率相同。正是他的这个猜想为发现和纠正向克斯计算 π 值的错误立下了汗马功劳。然而,猜想并不等于现实。弗格森想验证它,却无能为力。后人也想验证它,也是苦于已知的 π 值的位数太少。甚至当位数太少时,人们有理由对猜想的正确性做出怀疑。如,数字0的出现机会在开始时就非常少。前50位中只有1个0,第一次出现在32位上。可是,这种现象随着数据的增多,很快就改变了:100位以内有8个0;200位以内有19个0;……1000万位以内有999,440个0;……60亿位以内有599,963,005个0,几乎占1/10。

其他数字又如何呢?结果显示,每一个都差不多是1/10,有的多一点,有的少一点。虽然有些偏差,但都在1/10000之内。

7、人们还想知道: π 的数字展开真的没有一定的模式吗?我们希望能够在十进制展开式中通过研究数字的统计分布,寻找任何可能的模型――如果存在这种模型的话,迄今为止尚未发现有这种模型。同时我们还想了解: π 的展开式中含有无穷的样式变化吗?或者说,是否任何形式的数字排列都会出现呢?着名数学家希尔伯特在没有发表的笔记本中曾提出下面的问题: π 的十进展开中是否有10个9连在一起?以现在算到的60亿位数字来看,已经出现:连续6个9连在一起。希尔伯特的问题答案似乎应该是肯定的,看来任何数字的排列都应该出现,只是什么时候出现而已。但这还需要更多 π 的数位的计算才能提供切实的证据。

8、在这方面,还有如下的统计结果:在60亿数字中已出现连在一起的8个8;9个7;10个6;小数点后第710150位与3204765位开始,均连续出现了七个3;小数点52638位起连续出现了14142135这八个数字,这恰是的前八位;小数点后第2747956位起,出现了有趣的数列876543210,遗憾的是前面缺个9;还有更有趣的数列123456789也出现了。

如果继续算下去,看来各种类型的数字列组合可能都会出现。

拾零: π 的其它计算方法

在1777年出版的《或然性算术实验》一书中,蒲丰提出了用实验方法计算 π 。这个实验方法的操作很简单:找一根粗细均匀,长度为 d 的细针,并在一张白纸上画上一组间距为 l 的平行线(方便起见,常取 l = d/2),然后一次又一次地将小针任意投掷在白纸上。这样反复地投多次,数数针与任意平行线相交的次数,于是就可以得到 π 的近似值。因为蒲丰本人证明了针与任意平行线相交的概率为 p = 2l/πd 。利用这一公式,可以用概率方法得到圆周率的近似值。在一次实验中,他选取 l = d/2 ,然后投针2212次,其中针与平行线相交704次,这样求得圆周率的近似值为 2212/704 = 3.142。当实验中投的次数相当多时,就可以得到 π 的更精确的值。

1850年,一位叫沃尔夫的人在投掷5000多次后,得到 π 的近似值为3.1596。目前宣称用这种方法得到最好结果的是意大利人拉兹瑞尼。在1901年,他重复这项实验,作了3408次投针,求得 π 的近似值为3.1415929,这个结果是如此准确,以致于很多人怀疑其实验的真伪。如美国犹他州奥格登的国立韦伯大学的L·巴杰就对此提出过有力的质疑。

不过,蒲丰实验的重要性并非是为了求得比其它方法更精确的 π 值。蒲丰投针问题的重要性在于它是第一个用几何形式表达概率问题的例子。计算 π 的这一方法,不但因其新颖,奇妙而让人叫绝,而且它开创了使用随机数处理确定性数学问题的先河,是用偶然性方法去解决确定性计算的前导。

在用概率方法计算 π 值中还要提到的是:R·查特在1904年发现,两个随意写出的数中,互素的概率为6/π2。1995年4月英国《自然》杂志刊登文章,介绍英国伯明翰市阿斯顿大学计算机科学与应用数学系的罗伯特·马修斯,如何利用夜空中亮星的分布来计算圆周率。马修斯从100颗最亮的星星中随意选取一对又一对进行分析,计算它们位置之间的角距。他检查了100万对因子,据此求得 π 的值约为3.12772。这个值与真值相对误差不超过5%。

通过几何、微积分、概率等广泛的范围和渠道发现 π ,这充分显示了数学方法的奇异美。 π 竟然与这么些表面看来风马牛不相及的试验,沟通在一起,这的确使人惊讶不已。

四色猜想

世界近代三大数学难题之一。四色猜想的提出来自英国。1852年,毕业于伦敦大学的弗南西斯·格思里来到一家科研单位搞地图着色工作时,发现了一种有趣的现象:“看来,每幅地图都可以用四种颜色着色,使得有共同边界的国家着上不