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編輯推薦: |
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看数学家如何一步步寻找答案、破解疑团,拓展数学思路,体验形象思维、逻辑思维的妙趣。
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內容簡介: |
本书揭开趣味游戏、艺术设计和日常生活中的数学密码,通过新颖话题和精美图示展现算术与几何中隐藏的妙趣,从简单的数学原理走入算法的精彩世界,展现算法破解数学谜题的无穷威力。本书适合所有数学爱好者阅读。
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關於作者: |
让-保罗·德拉耶(Jean-Paul Delahaye),法国数学家和计算机科学家,数学科普作家,现任法国里尔科技大学计算机技术教授,法国国家科学研究院计算机基础科学实验室研究员,主要研究逻辑编程、偶然性和游戏的算法原理。
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目錄:
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第一章 平面上的几何艺术
不可能!你确信吗?2
无穷与不可能13
三角形几何学远未消亡!21
披萨数学家32
七巧板42
第二章 三维空间的游戏
两位数学雕塑家54
最大悬空问题64
皮亚特·海恩的27 个小方块 74
挂画问题83
魔方:不超过20步! 94
第三章 几何与算术的桥梁
矩形的乐趣106
数字自动机117
萌芽游戏127
视觉密码学138
天使问题148
第四章 整数的无穷奥秘
跳格子游戏中的算术160
五花八门的数字收藏170
不同寻常的质数182
蜥蜴数列及其他发明191
令人困惑的猜想204
点点滴滴的数字奇观216
参考文献227
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內容試閱:
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不可能!你确信吗? 人们从透视错觉得来灵感,创造了神秘的“不可能图形”。人类的视觉系统让我们觉得这样的图形很奇怪。然而这些图形确实是可行的,并为我们带来双重乐趣——先是惊奇,然后理解。
亚历山大·马赛,1829年生于法国坎佩尔。他在 1872年发明了四眼纽扣的系衣服方法。相比其前身两眼纽扣,这个极其简单的物件具备不会因旋转而滑动的优点。四眼纽扣曾让其天才发明者变得富有,如今仍以数千亿的数量出现在一半以上的服装上。你也一定拥有几件配有四眼纽扣的衣服。然而,四眼纽扣也许应当早1000年就出现,甚至在古代就该问世。想象一下颇为有趣:伟大的亚里士多德或许忽略了这枚纽扣的存在,而他的生活质量本可以因此改善。
自行车、四色定理、整数和一条直线上的点之间双射的不可能性、康威生命游戏、便利贴、不可能图形,都是近来一些颇为简单的创意。很难解释它们为何这么晚才闪现在人类的脑海中。这些发现让人不禁自问,我们今天是不是也对身旁的一些想法视而不见 ——而我们的后代也许会对我们的盲目难以理解。罗特斯维尔德,别无他人! 不可能图形及其无穷的变化带我们从心理学迈入奇幻艺术与数学的,世界,最终来到计算机图形学领域。最近的一些研究成果既展示了人们对不可能图形更深入的理解,也暴露出我们思维的欠缺。
仔细找找,我们会在古代绘画和版画中发现不可能物体的蛛丝马迹参见“不可能图形的先驱”。然而,我们并不确定作者是否刻意留下这样的踪迹,还是仅仅出于对透视法则的无知、粗心或者错用。在威廉·贺加斯的版画或马塞尔·杜尚的不可能床中,图画是刻意为之,但离纯粹的构思还相去甚远,并且没有一个早期不可能图画脱离了现实世界。画中错乱的现实世界,似乎是制造错觉不可或缺的源泉。
不可能图形的先驱。法王亨利二世收藏的一本早于公元1025年的《圣经》选读中有一幅圣母像a,画像中装饰柱的位置不合常理。我们可以认为这个错误不是有意而为,而是源于对透视的理解不足。在勃鲁盖尔1568年的画作《绞刑架下的舞蹈》b中央有一具几何形状很奇怪的悬架——到底是艺术家有意在作品中安放这个奇怪的物体,还是在悬架透视效果上出了差错呢?威廉·贺加斯于1754年创作的版画c 就是存心弄错的透视戏法。点烟斗的人在给他递火人的房子后面很远的山上。同样,羊群里最远的那头却画得最大!树也一样。马塞尔·杜尚在1917年根据一幅广告画画了一张不合常理的床d。
瑞典人奥斯卡·罗特斯维尔德1915—2002是不可能图形无可争议的发明人。1934年,年轻的奥斯卡在拉丁文课上百无聊赖。不知不觉问,他开始画出了像图A中那样摆放、位置不合常理的9个立方体。9个立方体连起来,就有了图B中著名的“不可能三角形 ”。不可能图形就是这样诞生的。当他意识到自己画了什么后,奥斯卡·罗特斯维尔德将毕生都投入到研究透视悖论的问题中。
20年之后,数学家罗杰·潘洛斯和他的父亲里昂内·潘洛斯重新发明的不可能三角形出现在《英国心理学期刊》Britch Journal of Psychology上的一篇科学文章中。今天,它被“不公正地”称为潘洛斯三角形,并有数不清的变化形式。
奥斯卡·罗特斯维尔德发明并且画了数百个不可能图形,为此,他的祖国瑞典在1982发行了一套印着其数百幅作品的邮票见左图以示纪念。莫里茨·科内利斯·埃舍尔用美妙的版画为这些令人困扰的几何物体带来巨大声誉,并首次将其置于复杂的图形创作中,彰显其魔幻般的美。
如今,其他艺术家继续着不可能图形和透视错觉的游戏,创造了引人思考的作品,个中玄妙力量可谓妙趣横生,令人啧啧称奇。其中最巧妙的艺术家包括我们认为堪称第一的桑德罗·德尔普雷特,以及冈萨尔维斯、尤斯·德梅、布拉多、莫莱蒂、恩斯特、福田繁雄、哈梅克斯、谢帕德、奥洛斯。
自1934年以来,悖论图形爱好者发明了各种令人难以置信的不可能物体,除此以外,数百篇针对不可能物体的文章也探讨了众多问题。这些让人称叹的小小图画引出了数不清的谜题,相关最新研究改变着人类对空间认知的理解,这至今仍是个挑战。
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