有媒体近日报道说,有一道小学奥数题将一位大数学家难倒了。
被“难倒”的大数学家是俄罗斯的安德烈·奥昆科夫,主要研究表示论及其在代数几何、概率论和数学物理等领域的应用。2006年,奥昆科夫因在“概率论、表示论和代数几何的相互作用”方面取得杰出成果而获得菲尔茨奖。看到题目,奥昆科夫先生仔细看了几遍,最终有些不好意思地笑了:“呵呵,我能不能不做这道题?感觉我现在的思路比较混乱……”
题目
问题“很简单”
这道题目是这样的:
问:1、2、3、2、3、4、3、4、5、4、5、6……前500个数的和是多少?
解法一:这个数列里有1个1、2个2、2个168、3个3、4、5、……、165、166、167,所求的和=1+2×2+2×168+3(3+167)÷2×165=42416。
解法二:把1、2、3;2、3、4;3、4、5……;165、166、167;166、167、168;167、168写成三个数列: 1、2、 3……165、166、167,2、3、4……166、167、168,3、4、5……167、168,这样,所求的数列的和就等于上述三个数列的和,也就是:(1+167)÷2×167+(2+168)÷2×167+(3+168)×166÷2=42416。(据网上公布答案,漏掉了数列中的省略号,与数列之间的逗号。)
真像奥昆科夫看到题目的最初反应,“哦,很简单”,与大数学家高斯小学一年级时快速算出的“求1到100所有自然数之和”属一个类型,不过是3个等差数列叠加而已。学奥数的小学生解这道题一般都不会有困难,那么,获得有数学诺贝尔奖之称的菲尔茨奖的奥昆科夫先生怎么会在真的“很简单”的题目前卡住了呢?
求证
职业病影响解题思路
笔者接受过高等的数学专业教育,在我看来,之所以奥昆科夫先生不能解出这道题,可能是数学家特有的职业病在作祟。
一般中国小学生的解题法是2个步骤:
1.看出这串数列的规律,并给出前500项的通项公式(或以小学生自己能理解的通项表达);
2.根据通项公式(此处是3个等差数列叠加),应用等差数列求和公式(或数理上一致的求和方法),分别求出3列等差数列的和,并相加。
但是,作为数学家和数学专业的学生来说,步骤应当是:
1.看出这串数列的规律,大致猜测前500项的通项公式或递推公式;
2.证明该数列每一项都满足所猜想的通项公式或递推公式;
3.求和。
奥昆科夫先生有很大可能就是脑海中比小学生们多了“证明通项公式是否正确”这一步,结果也就卡死在这里了,所以奥昆科夫先生感觉“现在的思路比较混乱”。
在高等的数学里,一般给出数列的递推公式让你求通项公式,或者反之。简单的数列求和问题,一般总给出递推表达式或者通项表达式。而本题,两者都没有给。为什么不给,是因为一旦给出后,本题对小学生而言,80%的难度就没有了。
作为数学家,数理逻辑必须严密。被跳过的一步,在奥昆科夫先生眼里,是不能越过的深渊了。这便是数学家的职业病。所以,奥昆科夫先生解不出这道题目,可能是他想得太多。与小学生或者有些家长解不出这道题,性质完全不同。
结论
不符合高数出题要求
之所以奥昆科夫先生想得太多,就是因为那道奥数题不太符合高等的数学的出题要求。如果把这题出成这样:“1、2、3、2、3、4、3、4、 5……n-4,n-3,n-2,n-3,n-2,n-1,n-2,n-1,n,(n是这个数列的第500个数),求这500个数之和”,估计奥昆科夫先生就不会卡壳,而只要看得懂这种代数表示法的中国小学生,一定会高兴得要欢呼。因此,出现大数学家解不出小学奥数题的尴尬局面,大抵还是可以归类到“语言障碍”上去。但如果奥昆科夫先生不想那么多,不“思路比较混乱”的话,我想他大概也不能成为数学家了。
数学家的职业病,恰恰证明他具备异于常人的数学家的素质。笔者想起另一位大数学家希尔伯特解的一道奥数题:
甲乙两人相向而行。甲随身带一条狗,狗从甲处向乙处奔跑,遇到乙后即折返回甲处;遇到甲后即折返再跑向乙……那么当甲乙相遇时,狗跑了多少路程?
一般的解法,是算出甲乙相遇需要的时间,再乘以狗的速度(或许应该叫速率)即可。
希尔伯特却不是那么算的。他将狗每2次折返之间的跑过的路程用代数式算出,然后写出一列趋于零的无限项正值加项,并算出了这个正项级数。而令人惊异的是,这一无穷项数列求和,是用心算完成的。
所以,希尔伯特是大数学家,他的贡献已经不是菲尔茨奖能评价的了。
推论
不合格的伪问题不成立
笔者是想说明(不是证明),数学家解不出小学奥数题(数学家解不出中学国际数学奥林匹克竞赛试题是很正常的,并被认为是国际中学数学奥林匹克竞赛的骄傲),与“奥数能否培养出数学家”这样的问题没有关系。在数学上说是“推不出”。不知哪个名人说过:“数学是思想的体操”,因为我学奥数、学数学的亲身体验,告诉我这是真理。“数学家解得出解不出小学奥数题”,“数学家小时候有没有参加过奥数竞赛”,推不出“奥数能否培养出数学家”;“奥数能否培养出数学家”,推不出“在中小学里是否要开展奥数教育、奥数竞赛”,这道理在受过数学训练的人看来是十分明了的,而且也可一眼看出“奥数能否培养数学家”是像那道奥数题一样不合格的问题,一个伪问题,因为对“培养”“数学家”未作界定。
现在有围剿奥数的种种言论,甚至提到甚于“黄赌毒”的吓人的高度。不说观点正确与否,从学数学的人看来,证明方法就是不合逻辑的。这大概就是学不学数学的差别。所以,作为思维工具、思想体操,还是要学点数学,而奥数被证明是训练数理思维的有效手段,否则,国际上为什么要年年举办中学生奥数竞赛?
复旦大学 数学系 沈雄风
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