有媒體近日報道說(shuō),有一道小學(xué)奧數題將一位大數學(xué)家難倒了。
被“難倒”的大數學(xué)家是俄羅斯的安德烈·奧昆科夫,主要研究表示論及其在代數幾何、概率論和數學(xué)物理等領(lǐng)域的應用。2006年,奧昆科夫因在“概率論、表示論和代數幾何的相互作用”方面取得杰出成果而獲得菲爾茨獎?吹筋}目,奧昆科夫先生仔細看了幾遍,最終有些不好意思地笑了:“呵呵,我能不能不做這道題?感覺(jué)我現在的思路比較混亂……”
題目
問(wèn)題“很簡(jiǎn)單”
這道題目是這樣的:
問(wèn):1、2、3、2、3、4、3、4、5、4、5、6……前500個(gè)數的和是多少?
解法一:這個(gè)數列里有1個(gè)1、2個(gè)2、2個(gè)168、3個(gè)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寫(xiě)成三個(gè)數列: 1、2、 3……165、166、167,2、3、4……166、167、168,3、4、5……167、168,這樣,所求的數列的和就等于上述三個(gè)數列的和,也就是:(1+167)÷2×167+(2+168)÷2×167+(3+168)×166÷2=42416。(據網(wǎng)上公布答案,漏掉了數列中的省略號,與數列之間的逗號。)
真像奧昆科夫看到題目的最初反應,“哦,很簡(jiǎn)單”,與大數學(xué)家高斯小學(xué)一年級時(shí)快速算出的“求1到100所有自然數之和”屬一個(gè)類(lèi)型,不過(guò)是3個(gè)等差數列疊加而已。學(xué)奧數的小學(xué)生解這道題一般都不會(huì )有困難,那么,獲得有數學(xué)諾貝爾獎之稱(chēng)的菲爾茨獎的奧昆科夫先生怎么會(huì )在真的“很簡(jiǎn)單”的題目前卡住了呢?
求證
職業(yè)病影響解題思路
筆者接受過(guò)高等的數學(xué)專(zhuān)業(yè)教育,在我看來(lái),之所以?shī)W昆科夫先生不能解出這道題,可能是數學(xué)家特有的職業(yè)病在作祟。
一般中國小學(xué)生的解題法是2個(gè)步驟:
1.看出這串數列的規律,并給出前500項的通項公式(或以小學(xué)生自己能理解的通項表達);
2.根據通項公式(此處是3個(gè)等差數列疊加),應用等差數列求和公式(或數理上一致的求和方法),分別求出3列等差數列的和,并相加。
但是,作為數學(xué)家和數學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō),步驟應當是:
1.看出這串數列的規律,大致猜測前500項的通項公式或遞推公式;
2.證明該數列每一項都滿(mǎn)足所猜想的通項公式或遞推公式;
3.求和。
奧昆科夫先生有很大可能就是腦海中比小學(xué)生們多了“證明通項公式是否正確”這一步,結果也就卡死在這里了,所以?shī)W昆科夫先生感覺(jué)“現在的思路比較混亂”。
在高等的數學(xué)里,一般給出數列的遞推公式讓你求通項公式,或者反之。簡(jiǎn)單的數列求和問(wèn)題,一般總給出遞推表達式或者通項表達式。而本題,兩者都沒(méi)有給。為什么不給,是因為一旦給出后,本題對小學(xué)生而言,80%的難度就沒(méi)有了。
作為數學(xué)家,數理邏輯必須嚴密。被跳過(guò)的一步,在奧昆科夫先生眼里,是不能越過(guò)的深淵了。這便是數學(xué)家的職業(yè)病。所以,奧昆科夫先生解不出這道題目,可能是他想得太多。與小學(xué)生或者有些家長(cháng)解不出這道題,性質(zhì)完全不同。
結論
不符合高數出題要求
之所以?shī)W昆科夫先生想得太多,就是因為那道奧數題不太符合高等的數學(xué)的出題要求。如果把這題出成這樣:“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是這個(gè)數列的第500個(gè)數),求這500個(gè)數之和”,估計奧昆科夫先生就不會(huì )卡殼,而只要看得懂這種代數表示法的中國小學(xué)生,一定會(huì )高興得要歡呼。因此,出現大數學(xué)家解不出小學(xué)奧數題的尷尬局面,大抵還是可以歸類(lèi)到“語(yǔ)言障礙”上去。但如果奧昆科夫先生不想那么多,不“思路比較混亂”的話(huà),我想他大概也不能成為數學(xué)家了。
數學(xué)家的職業(yè)病,恰恰證明他具備異于常人的數學(xué)家的素質(zhì)。筆者想起另一位大數學(xué)家希爾伯特解的一道奧數題:
甲乙兩人相向而行。甲隨身帶一條狗,狗從甲處向乙處奔跑,遇到乙后即折返回甲處;遇到甲后即折返再跑向乙……那么當甲乙相遇時(shí),狗跑了多少路程?
一般的解法,是算出甲乙相遇需要的時(shí)間,再乘以狗的速度(或許應該叫速率)即可。
希爾伯特卻不是那么算的。他將狗每2次折返之間的跑過(guò)的路程用代數式算出,然后寫(xiě)出一列趨于零的無(wú)限項正值加項,并算出了這個(gè)正項級數。而令人驚異的是,這一無(wú)窮項數列求和,是用心算完成的。
所以,希爾伯特是大數學(xué)家,他的貢獻已經(jīng)不是菲爾茨獎能評價(jià)的了。
推論
不合格的偽問(wèn)題不成立
筆者是想說(shuō)明(不是證明),數學(xué)家解不出小學(xué)奧數題(數學(xué)家解不出中學(xué)國際數學(xué)奧林匹克競賽試題是很正常的,并被認為是國際中學(xué)數學(xué)奧林匹克競賽的驕傲),與“奧數能否培養出數學(xué)家”這樣的問(wèn)題沒(méi)有關(guān)系。在數學(xué)上說(shuō)是“推不出”。不知哪個(gè)名人說(shuō)過(guò):“數學(xué)是思想的體操”,因為我學(xué)奧數、學(xué)數學(xué)的親身體驗,告訴我這是真理!皵祵W(xué)家解得出解不出小學(xué)奧數題”,“數學(xué)家小時(shí)候有沒(méi)有參加過(guò)奧數競賽”,推不出“奧數能否培養出數學(xué)家”;“奧數能否培養出數學(xué)家”,推不出“在中小學(xué)里是否要開(kāi)展奧數教育、奧數競賽”,這道理在受過(guò)數學(xué)訓練的人看來(lái)是十分明了的,而且也可一眼看出“奧數能否培養數學(xué)家”是像那道奧數題一樣不合格的問(wèn)題,一個(gè)偽問(wèn)題,因為對“培養”“數學(xué)家”未作界定。
現在有圍剿奧數的種種言論,甚至提到甚于“黃賭毒”的嚇人的高度。不說(shuō)觀(guān)點(diǎn)正確與否,從學(xué)數學(xué)的人看來(lái),證明方法就是不合邏輯的。這大概就是學(xué)不學(xué)數學(xué)的差別。所以,作為思維工具、思想體操,還是要學(xué)點(diǎn)數學(xué),而奧數被證明是訓練數理思維的有效手段,否則,國際上為什么要年年舉辦中學(xué)生奧數競賽?
復旦大學(xué) 數學(xué)系 沈雄風(fēng)
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