我上過的數學課,和別人家的數學課

“數學的美妙之處就在於

找出這樣一個特例,

它包含了普適性原則的

所有萌芽”

-大衛 希爾伯特

作為一個被數學折磨過無數次的人,一提起數學感受到的就是深深的恐懼。本來以為數學帶來的恐懼會隨著畢業而煙消雲散,

哪知,當你試圖跨入金融/機械工程/計算機/航空航天/製造業/信息通訊等行業時,它們對數學要求非常的高。似乎不懂數學就寸步難行。

硬著頭皮學吧,但是學習之前我們先要弄清楚一個問題:是什麼讓我們過往的數學學習那麼困難?

一.概念概念概念 “祭奠逝去的數學課”有一棵樹,上面掛了很多人,這棵樹叫高數。作為大學的一大門神,高數絕對是大多數學生的夢魘。而再往裡面稍微探究一下,就不難發現為什麼這棵樹上會掛了這麼多人了。

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高數的教材,翻開書映入眼簾的就是“概念概念和概念”

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當然,這裡並不是說概念不好,而是當我們閱讀了大量的文字,嘗試著去理解這些稍帶艱深的概念的時候,我們的學習意志和耐心正在被慢慢的消磨著。

所以學習數學一定要很有天賦嗎?

二.別人家的數 學老師“聽課的學生都是天才嗎?”

Youtube上有許多的博主,他們會上傳他們製作的有趣的視頻內容,其中就不乏數學類的教學視頻。我們找到了一個有意思的數學教學頻道,它就是:

1Blue3Brown

這裡直接放上視頻,讓大家感受一下:

我們先從他的內容開始,看看他是怎麼介紹“數學”的。

在微積分的第一個視頻中,他在開篇介紹道出他的這個視頻的目的:

我上過的數學課,和別人家的數學課

看完以後,你也能自己發明微積分。很有意思的說法,有什麼是比“玩弄”知識更有趣的呢?

作者首先從圓的面積公式出發,計算一個圓形的面積,公式是πR2,但是為什麼呢?

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首先,我們可以把圓分割成很多快,至於怎麼分割,有許多的辦法,這些辦法中包含了作者要闡述的:同心圓。

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將圓分割成無數個同心圓之後,我們就可以來計算他們各自的面積了。

為了方便計算,我們假設目前的圓半徑為3,那麼取出其中一個圓環,它的半徑就應該是0-3之間,我們把它標記為r。

如果我們能夠把所有圓環的面積計算出來,最終把他們加總就能得到整個圓的面積。

那麼,圓環的面積怎麼計算呢?首先,你會很自然的想到:“把圓環拉直。”

那麼被拉直後的面積應該怎麼求呢?這似乎是一個梯形,由於兩端的面積佔比很小,我們可以近似的看作矩形來計算。而整個矩形的面積是什麼呢?

矩形的長應該是2πr,因為這本來就是π的定義(圓的周長是2πr,這也是π的由來)。

那麼厚度的話,就取決於你把它切的多麼細了。為了體現微積分的標準符號的思想,我們把厚度叫做“dr”。

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這個梯形轉換矩形的近似並不完美,但是如果你把dr取的足夠小的話,那麼兩種情況的結果就會越來越接近。

所以這裡作者強調道:

“dr越小,就越準確”

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總結一下,作者帶領我們把圓環的切割成了許多份,每一份圓環的面積相加就是整個圓的面積。而圓環的半徑取值是從0-3的。

接下來,有意思的事情就要發生了:

我上過的數學課,和別人家的數學課

把對應的每一列圓環帶入到刻著每一項dr所對應的數週上排列起來。就能得到一個大致的藍圖:每一個矩形的面積是2πr×dr,而r的取值是從0-3。

我們知道如何求近似答案了。就是將每一個矩形的面積算出來,然後求和。

當然,微積分並沒有這麼簡單,接下去,作者做了詳細的描述,來介紹微積分的一個重要思維,就是上面提到過了,當dr越小,近似值就會越接近真實答案。

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而求解也進入了收尾階段,由於r的變化是均勻的,所以在座標系中,我們看到b與h是呈現線性關係的

於是,計算dr變得很小的各個矩形的面積,就變成了求三角形的面積。三角形的面積公示就是1/2×bh。將bh帶入,就是1/2×3×2π×3,整理一下得到π×32。而推廣到廣義圓的面積公式,我們就可以得到:πR2。

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無論你是誰,不管你平時怎麼看待數學,就是一個漂亮的論證。

三.教與學 “用普普通通的腦袋去聽課”

上面大片的論述,其實作者僅用了6分鐘就做完了闡述,而在聽他的課的過程中,你不會感到厭倦或者疲憊,原因基於以下三點:

  • 作者用動畫的方式闡述問題,使得普普通通的我們也能夠生動形象的明白他所講述的內容。

  • 作者從問題的本質出發,用你已經掌握了的知識更新你的認知。

  • 也就是最重要的一點,作者的課程本身就是打造給“普通人”看的。

回到現實,讀者可以回答一個問題:“課程的傳授對象一般是天才,普通人還是傻子?”從統計學角度來講普通人的比例佔到了絕大多數,而從傳道授業解惑的角度,如果你連傻子都能教會,還有什麼人你教不會呢?

我們每個人都是普通人,而似乎許多大學的課本都是給天才們看的,無窮無盡的概念與性質(當然這些東西很重要),只要是對知識稍稍不敏感的人,就會很容易失去耐心,最終與知識失之交臂。所以,學不好數學的我們,可能只是缺了一個指點迷津的人。


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