数学之美:曾钰成九头鸟之谜 教你小学生都明嘅解答方法
见到好多人,只系想知个答案,唔想理点嚟。绝对系数学教育及我等老师嘅失败。得罪讲句,知咗个答案,你会变得聪明咗?完全唔会。但知道个过程,就可能会……我写呢篇文,系为燃亮别人。如果你屋企有个小朋友钟意数学嘅,唔好再问佢读数学有乜用。你太肤浅了。
两件好似冇关嘅事,令到呢篇文诞生。
第一件,早排睇咗西片《数造传奇》(The Man Who Knew Infinity),一套唔太好睇嘅戏。第二件事,星期一(7 月 4 日)曾钰成玩够英文,转玩数学,出咗一条“九头鸟问题”,可以估到下任特首乜水云云。
估特首我冇兴趣,呢篇文真系讲数学,朋友都话怕赶客。但呢篇,系我少有地怀住“使命感”写嘅文章(我之前写嘅文好少出呢句)。唔睇,必定系你损失。
先讲“九头鸟问题”,我将最关键嘅部分,重写一次:
森林入面,有 3 种动物,有鸡,有狼,有九头鸟。加埋 100 个头,又 100 只脚。咁,到底每样有几多只?曾钰成当咗大家知道,鸡就 1 头 2 脚,狼就 1 头 4 脚,九头鸟就 9 头 2 脚啦下。
多得曾生,早上我电话俾人炸过不停。无他嘅,以前数学老师,兼数学高材生嘛。
只求答案的不是数学 是强奸
同不少网友交流过,相信呢刻你都知道答案。但讨论过程就真系激起我把火。除咗系怒火,亦有系心中对数学嘅𠮶把火。曾生迷恋数学,我又何尝唔系一个“数字爱人”呢?(书嚟的,好睇)
火乜?第一,见到好多人,只系想知个答案,唔想理点嚟。绝对系数学教育及我等老师嘅失败。得罪讲句,知咗个答案,你会变得聪明咗?完全唔会。但知道个过程,就可能会。
第二,更不堪地,见到好多网友去解。不幸地,好多都系电脑男或工程男。你懂的,自己畀个名呢啲人。甚至有自称名师嘅人。做乜咁火?因为见到佢哋咁揾个答案出嚟:写程式啦、用 MATLAB 软件啦、用 Wolfram Alpha 啦。
对,睇见呢啲嘢,我完全唔开胃。有“资深数学导师”讲足十几分钟,小数都出埋,令人作呕。呢啲根本唔系数学,系强奸(I mean it)。我亦奉劝女读者(如有)疏远呢啲毒男。呢啲不知 elegance 为何物嘅男人,绝对不可交往。
有乜问题?“揾到答案咪得。”呢个就系问题。你会唔会同条女讲:“食米芝莲法国餐做乜?食麦当劳饱肚咪得。”你会唔会同条女讲:“都唔知套西片讲乜,睇王晶笑餐饱咪得。”如果系咁,唔好拍拖啦,直接洞房咪得。
有咩问题呀?数学,艺术嚟㗎大佬。数学系追求美。有部分大学,数学科唔系 BSc 理学士,而系 BA 文学士。数学,唔系会计佬数豆,亦唔系速算神童,更加唔系塞堆垃圾畀个程式叫佢呕答案畀你。
解九头鸟问题 计数机都唔使
你李声扬咁巴闭,你又有乜咁靓嘅解法?就系有。唔敢话最靓,但都 OK 靓。小学生识睇。OK,顶多初中学生,一定识睇。最重要系,我唔会吝啬去赞美一个比我更靓嘅解法。唔会话“我一样揾到答案”。行家一出手就知,美才是好。
简单,x 只鸡,y 只狼,z 只九头鸟计头,x + y + 9z = 100。是为第 1 式计脚,2x + 4y + 2z = 100简单地变做 x + 2y + z = 50,是为第2式1 式减 2 式,执少少位,变成 8z = 50 + y,是为第 3 式。
基本上就搞掂了。最重要系,呢度唔系烧腊舖,唔会有半只鸡或者例牌。呢啲 x y z,只能系正整数,或者零。
睇第 3 式见到乜?两边都系 8 嘅倍数,而要大过 50咁一系,就八七五十六,y = 6,z = 7,执埋手尾,x = 31或者一系,就八八六十四,y = 14,z = 8。执埋手尾,x = 14咁八九七十二呢?唔使啦,计到出嚟,x 会系负数,唔work。再玩上去都系一样。搞掂。
成个过程,小学,顶多初中程度。唔好话电脑,我连计数机都唔使用。唔使慢慢试,唔使估,唔使运气。服未?
咁,又如何?点解数学家咁讨厌电脑解法?因为,再讲一次,数学系追求美。呢一点,在《数造传奇》套戏入面就有讲到。
数学之美 不在答案 而在过程
套戏讲英国数学家哈代(G.H. Hardy),同印度人拉马努金(Ramanujan)。哈代早就神级,拉氏冇受过正式教育,在印度无啦啦写信畀哈代,话有惊人发现。哈代一睇,不得了,此人系天才,即时接佢过剑桥。
戏入面,你见佢哋成日拗。拉氏坚持“我已经有答案”,但哈代系咁捽佢,我要证明,我要证明,冇图冇真相。拉氏话神话佢知,哈代睬佢都有味,唔整个证明出嚟我唔理你。
呢,只系想知答案嘅人,就无法明白。在纯数学入面,最重要嘅,系个“过程”,唔系“答案”。
好玄?问下读附加数或纯数的朋友,考试卷,十题有九题半,都系叫你“证明”。即系,答案印埋畀你。所以考纯数卷,根本冇得“错”。你只会有识做,同埋唔识做。唔系废话。正如当年我考完,就知份卷应该满分(大把人系)。做到就做到,唔得就唔得,唔会有“做错”。
戏入面都有提到,哈代同拉氏,其中一瓣,就系研究整数。曾钰成的题目,亦系研究整数。曾钰成嘅问题,系经典“鸡兔同笼”问题变奏。在我中国《张邱建算经》已有讲。咩年代?公元 500 年左右。唔好话未有哈代未有 MATLAB,啲鬼佬甚至都未开化呀。而家啲人嘅智慧,不如 1500 年前嘅古人。
哈代固然系神台级数学家,但佢最出名,未必系自己的研究。佢最出名,除咗系同拉氏嘅故仔外,仲有就系佢对“美”嘅执着。佢本名著叫做《一个数学家的辩白》(A Mathematician's Apology),网上有得揾嚟睇。系半自传,唔系数学书。入面佢就有讲(我帮你译):
数学家嘅思维方式,好似画家同诗人咁,必须系美。美系首要标准,丑陋嘅数学冇可能与世长存。
即系,我之前提到𠮶啲用程式呀之类嘅解法,必定落地狱。唔好忘记,喂,公元 500 年何来有电脑你用呀老细?
点解哈代咁讲?呢度亦要讲,《数造传奇》香港版字幕,将“proof”译为“验证”。作为一套讲数学嘅戏,不能接受。Proof,系“证明”。
语言文字都会消亡 唯有数学不灭
证明同验证有乜分别?好简单。读过初中科学都知咩系科学方法:观察,猜想,然后做实验。旧理论会畀新嘅推翻。而家你相信日蚀唔系因为天狗食日,你亦相信地球系圆嘅,之类。
但,数学唔同。数学唔使“做实验”。你数学书入面嘅定理,唔少系千几或几千年前嘅人做。佢哋死咗后,荣誉永归于佢哋。因为,数学唔系实验科学,数学嘅证明,某程度上系“完美”嘅。
我证明咗曾钰成嘅问题系得𠮶两款解法,就只会系得𠮶两款。我完全唔使试晒所有组合(即系,唔使开部电脑咁丑恶)。我完全不担心会有只黑天鹅出嚟破坏。凯撒大帝话“I came,I saw,I conquered”,数学家就话“我做,我答,我瞓觉”。证完,就系永恒。
语言,文字,都会消亡。但数学唔会。即使人类文明冇晒,我哋阖球铲都好,数学定理依然长存。点解?因为定理本身就存在于宇宙中,我哋只系发现佢哋。
我写呢篇文,系为燃亮别人。如果你屋企有个小朋友钟意数学嘅,唔好再问佢读数学有乜用。你太肤浅了。哈代讲过,佢研究嘅东西,只系“对美嘅追求”,问佢有乜用,系侮辱佢。放心,拉马努金早死,但哈代 70 岁先死,仲几富贵。读数学未必会发大达,但,都真系唔会饿得死嘅。
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