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不再對數學有陰影!一本生活手賬給你挑戰數學的勇氣

2024-04-26職場


【喚醒心中的數學家:幫你愛上數學的生活手賬】 限時特惠包郵 48.9 原價¥89.8 ), 2024年5月7日活動結束。

我有件事要向你坦白:我讀高中時在一次微積分考試不及格之後就放棄了數學。當時,我以為我最好的數學時代已經過去了。在大學,我一邊學習人類學和電影,一邊在紐約哈得孫河谷的一家農場打工擠牛奶(我可沒有機會在暑假做與數學相關的實習)。大學畢業後,我為了母校走遍了南、北美洲的學校,采訪了很多學生。畢業之後,我在另一家養了42000只雞的農場上安了家,但我還花了很長時間在一家修行所學習瑜伽的哲學和實踐。在這段時間裏,我內心始終保有一個秘密:我想學習更多的數學。

梅麗莎是我的好朋友,她從四歲開始就學習跳舞。我在沒有外出旅行的時候,每周四都會和她一起做晚飯。在糙米、本地蔬菜以及檸檬芝麻醬上,我們繪制著未來的生活。梅麗莎十分了解創造性的追求和夢想,所以我告訴了她我的秘密。

「如果你能用從農民和瑜伽老師身上學到的勤奮和堅持來幫助自己學習數學,那該有多好啊!」梅麗莎把她心裏想的說了出來。這是個挺有意思的想法。在農場上,我經歷了幹旱、蟲災、裝置故障和農作物病害,但都堅持了下來,最後總能在令人驚嘆的環境中收獲甜美的草莓、濃烈的切達起司、鮮嫩的蘆筍、新鮮的雞蛋和脆甜的蘋果。在瑜伽練習中,我可以為了了解平衡、力量和呼吸而將我的身體扭曲成站立半蓮花式、犁式和鷹式姿勢。

雖然離我上次開啟一本數學書或是參加一堂數學課已經有近十年了,但我還是報名參加了一個微積分預備課程。在工作的同時,我花了很多年把自己的能力提升到普通數學本科生的知識水平,然後,我又在達特茅斯學院花了好幾年才拿到數學博士學位。在我重新開始學習數學以及之後的那些年裏,我戀愛、結婚、生了兩個小孩,也送走了我的父親和母親。我在中學和大學都教過數學。我也受聘為我所在州的州長數學教育顧問,這讓我有很多機會與本州甚至州外的小、中、大學的學生、老師以及行政人員討論數學這門學科。在離開教職後,我成了一本數學研究論文集的主編,而且曾被邀請去往德國海德堡獲獎者論壇,采訪了費爾茲獎——數學界的諾貝爾獎——的得主們。同時,在我家廚房的桌子旁,我輔導了我的孩子們的小學和中學的數學作業。在如此繁忙的同時,我還患上了危及生命的疾病,並且忍受了很長一段時間無法行走,甚至不知道自己將來還能不能走路的痛苦(萬幸的是,我現在可以自己走路了)。伯特蘭·羅素曾經說過:「當這塵世不能讓我舒適時,是數學和星星安慰了我。」他也許預示了我要走的路,人生或喜或悲、或高或低,但數學總在身邊陪伴著我。

這些經歷讓我對於個體、家庭、地方、國家和國際上對數學的追求有了不同尋常的見解。每一天,即使我的數學思維正陷於僵局,我的心裏也充滿了對數學給予我生命的意義的感恩。我在追求數學的道路上,盡管偶爾會受到他人的勸阻或幹擾,但更多的時候,我得到的是數學界的鼓舞,這一群體超越了時間,崇尚抽象及批判性思維。即使我把數學神聖化了,我也不會對此表示歉意。每個人都有數學思維能力。每個人都擁有還未被開發的巨大數學潛力。在我的經歷中,不管是我的孩子、學生、我所在州和國家的居民,還是我造訪過的世界各地的學校中的學生,還是我幫忙出版過論文的數學家們,還是我有幸交談過的費爾茲獎得主們,他們都有著共同的特征:好奇心、渴望和堅持——遠比天賦重要得多。

在與不同背景的人們交談後,我發現了另一個共同的主題。他們對這門學科有著強烈的感情——或愛或恨,即便是那些承認自己對數學充滿恨意的人,也往往會在最後加上一句:「直到······我還是很愛數學的。」他們對數學由愛轉恨的原因幾乎從來都與數學本身無關。沒有人會說「第四維這個概念冒犯到我了」或是「我從哲學上反對無窮還能分大小」。事實上,那些不喜歡數學的人會很快開始講述一個故事(細節多得仿佛一切就發生在昨天)——那個關於他們決定「離開」數學的那一刻的故事。對其中一部份人來說,比如年輕時的我,那是某次考試沒能及格。對其他人來說,也許是一個朋友、家長、導師或老師嚴厲地貶低了他們的數學潛力,這就如同接到了一張來自數學的薄薄的開除通知單。還有更多人碰到了一個不願意講解數學概念的老師,而這就終止了他們繼續學習數學的道路。但他們幾乎最後都會說出這樣一句話:「我一直很佩服數學學得好的人。我要是也能學得更好就好了。」

【喚醒心中的數學家】是我想寫給年輕時的我的一本書,那個我曾因為一次考試失利就認為學不好數學。這也是寫給曾說出「直到······我還是很愛數學的」的那些人的書。 這本書同樣寫給數學愛好者們。我從不相信有所謂的「數學人」和「非數學人」之分。不管你是誰,有怎樣的背景,這本書想邀請你停住腳步,聽一聽你自己的數學思想。你會在這裏思考各種形狀、規律、數位和理念,你會發現超越數學並融入生活本身的課題。這本書會教你如何走出或是重返個人的數學之路。它會教你如何喚醒心中的數學家。

這本書適合你嗎?

如果你對於你正在學的、曾經學過的或是沒有學到的數學思想感到好奇的話,這本書很適合你。也許你是一位喜歡數學的高中生或大學生,也許你是一位很久沒碰過數學、已經工作了的成年人,也許你是一位為了輔導孩子數學作業而想要先培養自己的「數學自信」的家長。這本書不會提供也不會要求讀者擁有代數、幾何或微積分上的任何專業知識。在閱讀這本書時,你不需要回憶任何公式,或者費力解讀數學技術符號。你只需喜好閱讀、學習和思考。你或許還喜歡在紙上寫寫畫畫,來幫助理解數位、形狀、圖案以及抽象的數學概念。

你應該對周遭世界中的數學內容感興趣,比如墻紙上的圖案、堆橙子的最好方法、地球的形狀、投票方式的公平性,以及檢測有人篡改過的數據集的方法。你應該對超越生活的概念感興趣,比如四維超立方體、混沌理論、微生物集群的幾何內容。你應該為能掌握賽局論、編碼理論、微積分和拓撲學等數學分支的基礎而感到興奮。雖然你可能對本書中提到的數學在工程、生物學、化學、物理學、科技或經濟學中的許多實際套用更感興趣,但當碰到沒有明顯實際用途的理論數學概念時,你也不用太過擔心。數學家們追求數學,往往是為了增長他們自身的智慧,即使不是為了這個,那也可能純粹是為了數學本身所帶來的快樂。

你會看到什麽?

你可以在海灘上閱讀這本書,當然也可以端端正正地坐在書桌前。在哪裏怎樣看這本書並不重要,重要的是你閱讀這本書時的思維框架。你應該把有時在思維上碰到的困難視為一種公平交易的籌碼——透過它,你會得到雖然有時姍姍來遲,但往往令人喜悅的奇跡。因為任何一章內容都不以另一章為前提,所以你用什麽順序閱讀本書都可以,當然,你也可以從第1章開始順讀到最後。花多少時間閱讀本書也不重要,你可以花上一周乃至一年。

本書中涵蓋的每個數學主題都可以獨立出書,因此,你會看到本書對各種主題進行了基本介紹,而不是深入探討某幾個問題。書中每個短小的章節都會給你介紹一個不同的數學概念,以及堅持學習數學的一條建議。這些建議中很多不光與數學學習相關,對於日常生活也同樣有效。在每章的最後,你將有機會透過一道習題來檢驗自己的理解程度,並實踐該章中所提出的建議。這些習題大多不需要計算,但幾乎都需要你能創造性地思考。如果你在海灘上閱讀這本書,閉上你的眼睛,聽聽海浪的聲音,在腦子裏思考一下習題的解決方法。如果你在書桌前看這本書,拿出一支鉛筆,開始寫寫畫畫你的答案。在本書的最後,你能找到這些問題的詳細答案,而這些答案會延續對應章節中的討論及例證。

這本書根據大致的難度分成了三個部份,但對難度的衡量往往非常主觀。一個「很難」的數學討論對於某些人來說也許「很簡單」,反過來也是如此。這三個部份如下。

●第一部份: 身體的數學。這部份的每個主題都有一個大家熟悉的切入點,即使挑戰會隨著閱讀進度越來越大,這個切入點也會幫助你初步理解問題。比如,關於哥尼斯堡七橋問題的章節會讓你想象在一座擁有以特定方式排列的七座橋的城市中漫步。關於紐結理論的章節會討論用一根繩子打結的各種方法。關於計算員與數學家凱瑟琳·強森的章節在開始時則會讓你思考如何讓一艘太空飛船重新進入大氣層。即使你以前從來沒有接觸過與之相關的數學,我相信你也一定思考過或夢想過太空旅行。

●第二部份: 心靈的數學。這部份涵蓋的每個主題都具有吸重力,但與第一部份相比,難度有所增加。我可能選擇在一些主題中加入比第一部份的章節更多的細節,或者,有些主題是從比較抽象或不熟悉的概念開始的。例如,毛球定理(盡管名字有些好笑,但這是一個真正嚴肅的數學定理)非常有趣,但在理解這個定理之前,你必須懂得連續向量場的概念(別擔心,我畫了很多張圖,以便讓你快速入門)。關於孿生質數猜想的討論會請你思考一下質數——那些只能被1和自身整除的自然數,但這些質數在數軸的極遠端,如同在北極圈的小部落裏群居的人們,部落之間也相隔很遠。不是所有人都有把數擬人的經歷,所以這個主題可能在剛開始時會讓你感到陌生。

●第三部份: 精神的數學。這部份的主題十分抽象,但它們也是數學中最負盛名的問題。你會在四維的克雷因瓶上沿著一個方向散步,最後回到原地,卻發現你整個人上下顛倒了過來。你會證明某些無窮比其他無窮還要大。你會只能用自己腦海中的眼睛「看到」分數維中的物體——因為在紙上畫不出它們來。你會需要理解一條能充滿空間的曲線。我盡可能地透過大量草圖來闡明這些討論。這些主題需要你集中全部註意力來對待,但它們也會在思維與精神上給予你巨大報酬。

當你閱讀本書時,請你摒棄數學只是套公式的想法。請你記住,讀數學書並不像讀小說或報紙。慢慢地讀,停下來想一想,然後再繼續。當你閱讀本書時,請問你自己一些問題:我明不明白這句話的意思?我能不能用自己的話把它說一遍?如果我把這句、這段或這頁再讀一遍,會不會對我有幫助?我能不能想出一個例子,或者兩個甚至三個?插圖和文字有什麽樣的關聯?在外人看來,你像是在讀一點兒,停下想一想,也許又翻回前一頁,拿起鉛筆嘗試著自己畫些草圖,然後又接下去讀了一點兒,再嘗試著解決一個問題;而在絕大部份情況下,你在解決問題的過程中可能又要再讀一點兒。就像在做菜時,「慢火」才能做出層次更深的滋味,我也鼓勵你「慢讀」本書,這樣你才能從更深層次懂得數學的真義。

如果你在讀某章時覺得實在很難,那你可以跳過這一章,換一下思路。但不要忘了之後要回到對你來說有難度的那一章。在將來的某一天,你有了一種不同的心情,換了一個不同的角度,多了一點兒數學知識,或許你就會發現自己的腦海裏出現了一條嶄新的數學思路。當新思路出現時——你如果堅持閱讀、與自己或他人討論本書,它一定會出現的——請好好享受這一得到啟示的安靜時刻。當你經歷過好幾個這樣的時刻後,你離喚醒自己心中的數學家的那一刻就越來越近了。

蘇珊·達戈斯蒂諾

本書作者蘇珊是一名數學家、科普作家,還是美國達特茅斯學院數學博士。誰能想到,她在高中也經歷過數學不及格的挫折。

盡管在大學主修人類學,但她仍然渴望學習數學。經過多年堅持不懈的努力後,最終成為數學家。

本書是她寫給那些曾經在數學上吃過苦頭,栽過跟頭,但仍對數學報以興趣和好奇的人們。在這本與生活常識緊密相關的數學手賬中,讀者將學會正確看待數學學習中的恐懼與挫折感,體會數學思維帶來的快樂。

作者憑借豐富的教學經驗和感悟,借助引人入勝的數學知識和300多幅手繪插畫,用簡單的語言講述了對稱、模糊邏輯、潘洛斯圖案、無窮、孿生質數猜想、賽局論、費馬大定理等有趣的數學話題,借此鼓勵讀者學會處理數學學習中的困難與變化,找到適合自己的思考方法。

16開軟殼平裝,內文頁采用了純質紙,排版疏朗,印刷細膩,閱讀體驗良好。推薦給10 歲以上想學好數學的大眾讀者。

文字:蘇珊·達戈斯蒂諾

版式:山海相隔

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