我上过的数学课,和别人家的数学课

“数学的美妙之处就在于

找出这样一个特例,

它包含了普适性原则的

所有萌芽”

-大卫 希尔伯特

作为一个被数学折磨过无数次的人,一提起数学感受到的就是深深的恐惧。本来以为数学带来的恐惧会随着毕业而烟消云散,

哪知,当你试图跨入金融/机械工程/计算机/航空航天/制造业/信息通讯等行业时,它们对数学要求非常的高。似乎不懂数学就寸步难行。

硬着头皮学吧,但是学习之前我们先要弄清楚一个问题:是什么让我们过往的数学学习那么困难?

一.概念概念概念 “祭奠逝去的数学课”有一棵树,上面挂了很多人,这棵树叫高数。作为大学的一大门神,高数绝对是大多数学生的梦魇。而再往里面稍微探究一下,就不难发现为什么这棵树上会挂了这么多人了。

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高数的教材,翻开书映入眼帘的就是“概念概念和概念”

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当然,这里并不是说概念不好,而是当我们阅读了大量的文字,尝试着去理解这些稍带艰深的概念的时候,我们的学习意志和耐心正在被慢慢的消磨着。

所以学习数学一定要很有天赋吗?

二.别人家的数 学老师“听课的学生都是天才吗?”

Youtube上有许多的博主,他们会上传他们制作的有趣的视频内容,其中就不乏数学类的教学视频。我们找到了一个有意思的数学教学频道,它就是:

1Blue3Brown

这里直接放上视频,让大家感受一下:

我们先从他的内容开始,看看他是怎么介绍“数学”的。

在微积分的第一个视频中,他在开篇介绍道出他的这个视频的目的:

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看完以后,你也能自己发明微积分。很有意思的说法,有什么是比“玩弄”知识更有趣的呢?

作者首先从圆的面积公式出发,计算一个圆形的面积,公式是πR2,但是为什么呢?

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首先,我们可以把圆分割成很多快,至于怎么分割,有许多的办法,这些办法中包含了作者要阐述的:同心圆。

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将圆分割成无数个同心圆之后,我们就可以来计算他们各自的面积了。

为了方便计算,我们假设目前的圆半径为3,那么取出其中一个圆环,它的半径就应该是0-3之间,我们把它标记为r。

如果我们能够把所有圆环的面积计算出来,最终把他们加总就能得到整个圆的面积。

那么,圆环的面积怎么计算呢?首先,你会很自然的想到:“把圆环拉直。”

那么被拉直后的面积应该怎么求呢?这似乎是一个梯形,由于两端的面积占比很小,我们可以近似的看作矩形来计算。而整个矩形的面积是什么呢?

矩形的长应该是2πr,因为这本来就是π的定义(圆的周长是2πr,这也是π的由来)。

那么厚度的话,就取决于你把它切的多么细了。为了体现微积分的标准符号的思想,我们把厚度叫做“dr”。

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这个梯形转换矩形的近似并不完美,但是如果你把dr取的足够小的话,那么两种情况的结果就会越来越接近。

所以这里作者强调道:

“dr越小,就越准确”

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总结一下,作者带领我们把圆环的切割成了许多份,每一份圆环的面积相加就是整个圆的面积。而圆环的半径取值是从0-3的。

接下来,有意思的事情就要发生了:

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把对应的每一列圆环带入到刻着每一项dr所对应的数周上排列起来。就能得到一个大致的蓝图:每一个矩形的面积是2πr×dr,而r的取值是从0-3。

我们知道如何求近似答案了。就是将每一个矩形的面积算出来,然后求和。

当然,微积分并没有这么简单,接下去,作者做了详细的描述,来介绍微积分的一个重要思维,就是上面提到过了,当dr越小,近似值就会越接近真实答案。

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而求解也进入了收尾阶段,由于r的变化是均匀的,所以在坐标系中,我们看到b与h是呈现线性关系的

于是,计算dr变得很小的各个矩形的面积,就变成了求三角形的面积。三角形的面积公示就是1/2×bh。将bh带入,就是1/2×3×2π×3,整理一下得到π×32。而推广到广义圆的面积公式,我们就可以得到:πR2。

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无论你是谁,不管你平时怎么看待数学,就是一个漂亮的论证。

三.教与学 “用普普通通的脑袋去听课”

上面大片的论述,其实作者仅用了6分钟就做完了阐述,而在听他的课的过程中,你不会感到厌倦或者疲惫,原因基于以下三点:

  • 作者用动画的方式阐述问题,使得普普通通的我们也能够生动形象的明白他所讲述的内容。

  • 作者从问题的本质出发,用你已经掌握了的知识更新你的认知。

  • 也就是最重要的一点,作者的课程本身就是打造给“普通人”看的。

回到现实,读者可以回答一个问题:“课程的传授对象一般是天才,普通人还是傻子?”从统计学角度来讲普通人的比例占到了绝大多数,而从传道授业解惑的角度,如果你连傻子都能教会,还有什么人你教不会呢?

我们每个人都是普通人,而似乎许多大学的课本都是给天才们看的,无穷无尽的概念与性质(当然这些东西很重要),只要是对知识稍稍不敏感的人,就会很容易失去耐心,最终与知识失之交臂。所以,学不好数学的我们,可能只是缺了一个指点迷津的人。


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