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香港中学生挑战无解难题 以理性探寻数学之美

撰文: 谢德勤
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数学被誉为“科学之母”,是不少科学的研究基石,让我们更加理解这个世界,就如爱因斯坦用“E = mc²”开启通向浩瀚宇宙的大门一样。香港有不少年轻人同样被这些奇妙的“火星文”吸引,当大部分中学生苦恼于背诵考试公式,他们却在数学研究中自得其乐,更尝试超越前人脚步,探索未被世人发现的公式和定理,到底有甚么吸引他们投入其中?

恒隆数学奖每届吸引不少中学生报名,最新一届有近四十间中学、逾六十支队伍参赛,并在上月(2021年12月15日)举行颁奖礼。有得奖者认为比赛与别不同而决定作出新尝试,亦有人以数学家的头脑计算“成为数学家”的赚与蚀,他们各自怀着不同的想像研究数学,却不约而同在比赛中发现数学独有的美与神奇。

蛋挞中诞生的线性联立方程

香港培正中学的学生在2021年恒隆数学奖中勇夺两项大奖,包括金奖得主、现正在英国伦敦帝国学院攻读数学的陈祉轩。他自小热衷数学,中学时更把部分数学课时间转为自主学习,由硕士生师兄带领研读大学程度的课本。站得高,自然能看见一般人发现不了的景色,“数学不单是加减乘除,当中涵盖逻辑运用,证明的过程和结果都很美、很神奇。”陈祉轩说。

过程当然不只有美景,也有不知道终点在哪儿的情况。他形容数学研究像堆积木,堆得愈高不一定愈接近终点,反之可能在求证过程中崩塌,一次又一次重新出发。而为他打气的,就是家人和领队老师准备的美食,“(比赛期间)我几乎日日都食蛋挞!”一年多前定下的比赛题目,因DSE考试暂且搁下,直至暑假才重新开展,终于,就如生物学家在丛林中发现新物种,他建立了一种未被发现的线性联立方程和抽象代数结构关系。虽然成果未能直接应用于日常生活中,“但它提供了一种看待方程问题的新角度,而我们知道方程往往是解决数学问题的关键。”就因为这道神奇的风景,他决定毕业后到国外攻读数学,希望拓展国际视野,深造数学。

陈祉轩在中一时听着老师解释连续函数的热诚,自己也被感染,从此喜欢上钻研数学。

计过度过 研究数学不会“蚀”

要站得高,除了徒步前往,还可以站在巨人的肩膊上。银奖得主、香港培正中学中六学生罗安琪,因为初中一次俄罗斯游学旅行,读到关于加减乘除运算及数字定义的论文,改变了数学只是“1+1=2”的简单想法,“数字的定义有着一套严谨的证明与系统方法,让我好震惊。”

这次震撼为她打开数学之门,开始钻研数学。当看到师兄师姐参加恒隆数学奖,用“火星文”讲解研究题目时,她亦希望成为其中一分子。虽然升中三的暑假未能提交论文,却让她更努力学习,亦更享受埋首独立于日常世界以外的纯数(pure mathematics)宇宙。不过她笑言自己不是大家想像中孤僻的数学家,她也有各种喜好,也喜欢和朋友出外玩,只是她已立志升读大学后研究数学,以数学的语言说服他人,这个决定一样经过“精密计算”。她形容研究成果可以带来无比的成功感,失败却不会损失甚么,“无论怎样计算,答案都是‘正数’,一定不会蚀。”

罗安琪是少数在比赛中获奖的女生,不过她认为数学能力与性别无关,这更可能是传统刻板印象对社会的影响。(龚嘉盛摄)
香港培正中学校长何力高先生(中)及领导老师李灏峰先生(右一)全力支持罗安琪发展对数学的兴趣。(龚嘉盛摄)

参与另类数学比赛 投入自由研究世界

铜奖则由圣保罗男女中学的赖炜诺夺得,他自小已在各式数学比赛获奖无数,早已体会到“数学是科学之母”的道理,让喜欢科学与研究的他对数学愈发感兴趣。

踏入初中以后,他决定作出新尝试,参加与常规比赛截然不同的恒隆数学奖,正因为比赛以研究为先。“常规的数学比赛已有固定答案,而恒隆数学奖则涉及更多未知,两者各有特色,都涉及高阶数学,但从研究中找出规律和证实命题的过程非常有趣,是全新的尝试。”加上命题由自己决定,须从书籍中发掘有趣构思,再一步一步摸索的过程也让他乐在其中。学者型的他正考虑向研究方向发展,寻找心仪的学科。

身经百战,他指出如何计划在适当的时候完成不同的目标非常重要,像他自己就于五月时定立题目并开始准备,然后集中在没有考试的暑假深入研究,便能兼顾考试与心仪的比赛。

赖炜诺表示,小时候家人为其准备不同的数学题目,启发他对数学的兴趣。

三位得奖的中学生钟爱数学的理由各异,但不约而同地从纯数中钻研出全新领域,以各自的步伐向数学家之路进发,为人类充满无限可能的未来作出贡献。

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