古希臘學(xué)者亞里斯多德說過:“思維自疑問和驚奇開始?!睙o理數(shù)的產(chǎn)生印證了此話千真萬確。
1.橫空出世
公元前五世紀(jì),希臘人希伯斯(Hippasus)發(fā)現(xiàn)了正方形對角線和邊之比()不能用有理數(shù)表示,他成了世界上第一個發(fā)現(xiàn)無理數(shù)的人,他驚奇地把這個偉大的發(fā)現(xiàn)告訴了他的同伴,但當(dāng)時學(xué)術(shù)界畢達哥拉斯學(xué)派則認(rèn)為自然數(shù)是上帝創(chuàng)造的,萬物都由自然數(shù)以及它們的比(分?jǐn)?shù))構(gòu)成的,希伯斯的發(fā)現(xiàn)動搖了該理論。
2.家族人丁興旺
是無理數(shù),是無限不循環(huán)小數(shù),如0.1011001…,但無限循環(huán)小數(shù)(如0.01010101…)不是無理數(shù),而是它的胞兄——有理數(shù)。、、…是開方開不盡的數(shù),是無理數(shù)。而=8,=5,=2都是有理數(shù)。因此,凡是帶根號的數(shù)不一定是無理數(shù)。?仔(?仔=3.14159…)、e(e=2.7128…)是常數(shù),卻是無理數(shù)。無理數(shù)通常以根號形式出現(xiàn);也以對數(shù)形式出現(xiàn),如lg 3、lg5;還以三角函數(shù)形式出現(xiàn),如lg cos18°23′、sin78°18′2″…
無理數(shù)可以通過運算轉(zhuǎn)化成有理數(shù)。如(+)(-)=1,e÷=5。
無理數(shù)家族人丁興旺,人才濟濟,它和有理數(shù)組成實數(shù)大家庭,而每一個實數(shù)可在實數(shù)軸上找到一個點“對號入座”;反之,實數(shù)軸上的每個點又可在實數(shù)家族中找到唯一的一個數(shù)與之對應(yīng)。于是實數(shù)家族中每個數(shù)和實數(shù)軸上的每個點形成了數(shù)與形的一一對應(yīng)關(guān)系,下面我們介紹無理數(shù)家族中三個重要成員:e,?仔,。
無理數(shù)e、?仔都是通過取極限得到的數(shù),因此又叫超越數(shù)。如果以e為底取對數(shù)就叫自然對數(shù),它給數(shù)值計算帶來方便。如2的自然對數(shù)記為ln2。
圓周率?仔更是妙趣橫生,為了不斷提高?仔的精確值,中外數(shù)學(xué)家們做了大量艱苦卓絕的工作。最早是我國數(shù)學(xué)家祖沖之(公元429~500年)通過計算圓內(nèi)接正24 576邊形,得到?仔的不足近似值:肭數(shù)≈3.14159261,過剩近似值:盈數(shù)=3.14159271,還找到兩個近似分?jǐn)?shù),約率和密率。
16世紀(jì),法國數(shù)學(xué)家盧爾夫用畢生精力,耗盡心血,把?仔計算到小數(shù)點后面第35位,死后他的墓碑上就刻著這個數(shù)。2002年,日本東京大學(xué)金田康正教授利用計算機算到小數(shù)點后1.24萬億位。
更有趣的是背誦圓周率也成了各國人民的愛好。我國橋梁專家茅以升在80歲高齡仍能背誦到小數(shù)點后面100位。1988年,南京市方家巷小學(xué)一年級學(xué)生周婷婷能背到小數(shù)點后面1 000位。
2006年,日本60歲的原口證在千葉縣木更津市的一個公共會議大廳里從上午9時一直持續(xù)到次日凌晨1時28分,總計16個小時,成功背誦了圓周率小數(shù)點后10萬位。
3.黃金數(shù)光芒四射
希臘歐多克斯(公元前408~355年)曾提出:能否用一個點把一條線段分成大小兩段,使小段與大段的長度之比恰好等于大段長度與全長之比,這個比值為≈0.618,意大利畫家達·芬奇稱此比值為“黃金分割比”,此數(shù)又叫“黃金數(shù)”。
歷年來有關(guān)黃金數(shù)的中考題層出不窮,例如,如圖,已知等腰三角形ABC中,AB=AC,∠A=36°,BD為∠ABC的平分線,則的值等于______。
解析頂角為36°的等腰三角形稱為黃金三角形。因為AB=AC,∠A=36°,所以∠ABC=∠C=72°。因為BD是∠ABC的平分線,所以∠CBD=36°,∠BDC=180°-∠CBD-∠BCD=72°。則△BCD也為黃金三角形,又知AD=BD=BC,可得△ABC∽△BCD,則有=。而CD=AC-AD,代入得=,即==-1。令=x,則x=-1。解得x=。因為>0,所以=。
黃金數(shù)與人體健康有著密切關(guān)系,醫(yī)學(xué)專家通過研究后發(fā)現(xiàn),飯吃六七成(即0.618)飽的人幾乎不得胃病,吃0.618份粗糧、0.382份細(xì)糧更適合人體需求,人體運動和靜養(yǎng)如果呈現(xiàn)0.618的比例關(guān)系,就構(gòu)成了最佳的養(yǎng)生之法。人們喜歡春天,因為春天溫度在22~24 ℃之間,這是由于人體的正常體溫是攝氏37 ℃,而0.618×37 ℃=22.8 ℃,因為在此溫度內(nèi),人體的生理活動都處于最佳狀態(tài)。
人體結(jié)構(gòu)的美妙之處在于處處體現(xiàn)黃金數(shù)。肚臍是人體整個軀體的“黃金分割點”,咽喉是從頭頂?shù)蕉悄毜狞S金分割點,膝蓋是從肚臍到腳底的黃金分割點,肘關(guān)節(jié)是從肩關(guān)節(jié)到中指尖的黃金分割點,上肢長度與下肢長度之比以及下肢長度與身長之比都近似于0.618。所以,達·芬奇的著名油畫《蒙娜麗莎》就多處運用了黃金數(shù)來構(gòu)圖,大量的事實證明:人體結(jié)構(gòu)越接近于黃金數(shù),體態(tài)就越優(yōu)美。
4.黃金數(shù)的應(yīng)用非常廣泛
一些名畫作者總是把畫安排在畫面的0.618處。
一些建筑,如埃及金字塔、巴黎圣母院、古希臘雅典的他農(nóng)神廟、印度的泰姬陵、法國的埃菲爾鐵塔……都與0.618息息相關(guān)。
二胡的“千金”處于弦線的黃金分割處時,奏出的樂曲最美。
有經(jīng)驗的報幕員總是站在舞臺長的0.618處。
在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面廣泛使用的優(yōu)選法中的黃金分割法(0.618法),由數(shù)學(xué)家華羅庚于1970年在全國推廣,且很快取得了顯著的經(jīng)濟效益。
不僅如此,黃金數(shù)還在國防、科學(xué)技術(shù)、設(shè)計、工程等各個方面都有著極其廣泛的應(yīng)用,充分展示了它的神奇功能。