我們?yōu)樯磉叺氖澜缃⒑喕哪P,這就是我們去研究數(shù)學的動力,數(shù)學能夠幫助我們理解這些模型。數(shù)學的語言雖然具有普遍性,但是人們無法逃避解釋它們的意義帶來的多元性。
本書是一本數(shù)學知識入門讀物,為讀者提供了認識數(shù)學一個“接地氣”的視角。作者摒棄了形式主義,用最簡單的詞匯介紹概率論、代數(shù)、數(shù)學分析、運籌學等數(shù)學活動中的本質;考察了獎學金、DNA 測試、稅務、民主、平分等問題中涉及的數(shù)學知識;也向我們介紹了數(shù)學領域中一些令人矚目的問題,比如二次方程或者斐波那契數(shù)列。
本書運用深入淺出的語言,配合簡單易懂的圖示,幫助讀者充分理解基本的數(shù)學思維方式。即使你沒有愛上數(shù)學,也會開始理解數(shù)學。
1. 本書是數(shù)學入門的簡明讀物。一對夫婦有兩個孩子,其中一個是女孩——如何推測另一個孩子的性別?在大街上遇到的陌生人中,與你生日是同一天的概率是多少?畢達哥拉斯學派中關于數(shù)字的秘密是什么?如何通過一個關于橫坐標的函數(shù)來計算曲線下方的面積?怎樣堆疊橙子是使橙子堆疊得最為密集的方式?如果整個團隊只贏得一顆彈珠,那么要怎么分配收益?當候選人的人數(shù)多于三個的時候,如何讓偏好排序成為可能?
2. 本書作者為數(shù)學家,科普作家,高級教師。畢業(yè)于巴黎高等師范學院,獲得數(shù)學教師資格。曾擔任高等教學研究員,并為法國國家科學研究中心從事數(shù)學推廣工作。
3. 本書短小精悍,文字通俗易懂,配合精心繪制的圖示,四色印刷,是對內容理解很好的輔助。
前 言
“為什么?”“這不公平!”“哦!”“真妙!”……我們?yōu)樯磉叺氖澜缃⒑喕哪P,從而有動力去研究?shù)學,并且在個人經歷中找到些許平和與寧靜。我們也樂于分享這些模型。
數(shù)學能夠幫助你理解這些模型,攻克它們,或者捍衛(wèi)它們,又或者只是簡單地做一做夢。它們的語言具有普遍性,但是人們無法逃避它們的意義或者解釋它們帶來的多元性。龐加萊也曾經寫道,數(shù)學是給不同的對象賦予相同名稱的藝術。
在本書中,我提供了了解數(shù)學的一個“接地氣”視角。我摒棄了任何的形式主義,用最簡單的詞匯,考察了優(yōu)勝獎學金、DNA 測試、稅務、民主、平分等數(shù)學問題。我還介紹了一些數(shù)學領域的“明星”,比如二次方程或者斐波那契數(shù)列,并且提出與畢達哥拉斯一樣古老、像孔多塞侯爵一樣具有革命性、與開普勒的小說《夢》一樣放松坦蕩、與數(shù)學咖啡一樣熾熱的問題!
以下這句斷言就是一個極度精煉且令人震驚的例子:“尊重一致性和獨立性的唯一社會選擇,就是獨裁統(tǒng)治。”所以呢?任何形式的民主都不可能存在嗎?古希臘的投票制度是唯一一個沒有人愿意撒謊的制度嗎?通過翻閱這本書,讀者可以找到答案。問題的答案要比問題本身更復雜一些,實際上,為了回答這個問題,我們必須先厘清這個問題!
讀者在閱讀本書的時候,可以選擇自己感興趣的主題。甚至也可以隨便翻到哪兒看到哪兒!我們不是要上數(shù)學課,而是要講述一個,讓我們做夢、讓我們憤懣,或者讓我們嘖嘖驚嘆的故事。
作者簡介:
弗朗索瓦?索瓦若(Fran?ois Sauvageot),數(shù)學家,科普作家,高級教師。畢業(yè)于巴黎高等師范學院,獲得數(shù)學教師資格。曾擔任高等教學研究員,并為法國國家科學研究中心從事數(shù)學推廣工作。參與創(chuàng)建“回聲:藝術與科學”協(xié)會,專注于科學與藝術互動創(chuàng)作。
譯者簡介:
孫佳雯,英法雙語譯者、自由撰稿人,擅長翻譯科普類、社科類作品。擁有理學學士、社會學碩士學位。法國巴黎社會科學高等研究院博士候選人,旅居法國多年。
前 言 1
第一章 概率問題 5
導 言 7
1. 我該換一扇門嗎? 9
2. 輸?shù)暨是翻倍? 10
3. 說說看,什么是概率? 12
4. 女孩還是男孩? 16
5. 選擇你的顏色! 18
6. 我們只向富人貸款! 20
7. 一點點公平? 21
8. 優(yōu)勝獎學金……真的嗎? 24
9. 從遠處看,怎么樣? 25
10. 二分之一的機會……當真? 27
11. 不可思議的巧合! 28
12. DNA 測試 30
13. 骰子上的司法判決? 32
14. 這很罕見……除非在某些情況下! 34
第二章 代數(shù)問題 39
導 言 41
1. 給我畫個數(shù)! 43
2. 給我畫個正方形! 45
3. 讓我們來玩方塊! 48
4. 黏合碎片 52
5. 掰手指數(shù)數(shù)! 54
6. 填個……空 55
7. 交叉相乘……很難嗎? 57
8. 畢達哥拉斯與他的秘密 61
9. 二次方程 66
10. 未知數(shù)與根 69
11. 對稱與根 71
12. 不存在的數(shù)字? 73
13. 數(shù)字推盤游戲 75
14. 三次方程 80
第三章 數(shù)學分析 85
導 言 87
1. 高斯與查克·諾里斯 90
2. 幾何數(shù)列 91
3. 歐拉數(shù) 94
4. 相鄰數(shù)列 97
5. 斐波那契數(shù)列 100
6. 無限與超越! 104
7. 阿喀琉斯與烏龜 106
8. 阿基米德的計算 108
9. 微分學 112
10. 二階導數(shù) 114
11. 稅收公式什么樣? 116
12. 平均數(shù) 119
13. 柯西—施瓦茨不等式 121
14. 對稱性越大,面積越大 125
第四章 決策、投票與平分 129
導 言 131
1. 分 享 133
2. 無論好壞 134
3. 告訴我你的對手是誰,
我再告訴你我們是否結盟! 136
4. 決 策 138
5. 投票與謊言 139
6. 通過著色來選擇 141
7. 正確的平衡 142
8. 石頭剪刀布 146
9. 幻 方 147
10. 孔多塞的獲勝者 149
11. 獨裁統(tǒng)治是唯一的解決方案嗎? 158
12. 阿德諾德萬歲? 159
13. 一位獨裁者,好吧,但是是隨便選的! 166
14. 著色法的優(yōu)勢 167
15. 如何除以三? 170
16. 如何分成三份? 174
第一章 概率問題
導 言
在這一部分,我們將介紹一些圍繞隨機性、偶然性的結論,或者用更現(xiàn)代的話語說——概率的、直覺的或者反直覺的結論!半S機”和“偶然”這類詞最初指的是骰子游戲,因此,當提到等概率情況的時候,我們通常想到的就是骰子的模型,這一模型也正是概率論大多數(shù)創(chuàng)始范例的基礎。
我們需要引入一個嚴格的框架來執(zhí)行概率的計算。這樣做的原因一方面為了限制這一數(shù)學理論的應用范圍,另一方面是賦予它相當?shù)挠行。尤其是,比如,當我們需要通過計算來做出決策的時候。
隨著篇幅的展開,我們將會遇到在形式上明顯或者不明顯的幾個概念,比如頻率、概率、條件概率、帕斯卡三角形(我們在11世紀波斯數(shù)學家凱拉吉的著作中找到了它的身影)、大數(shù)定律……所有這些概念遠非僅僅適用于博弈游戲,還能讓我們對一些更加復雜的問題獲得一點點直覺,比如分配獎學金或者在法庭上用于DNA 測試結果。
1. 我該換一扇門嗎?
首先,讓我們從不需要計算的概率問題開始!讓我們假設這樣一個情境,有三扇門在你的面前,其中一扇門的背后隱藏著獎金。門有三扇,只有打開正確的那扇才能得到獎金,否則你就只好拿著安慰獎回家。
一旦你選擇了一扇門,我們并不會馬上打開它看看你贏了沒有,實際上,一位主持人突然跳出來說要幫忙。她打開了剩下兩扇門中的一扇,在這扇門之后什么也沒有,然后問你,要不要換一扇門?于是乎,問題來了:為了拿到大獎,我們是應該堅持最初的選擇,還是果斷地換一扇門呢?
在這里,我們面對的是一種心理上的困境:換吧,萬一原來的選擇是正確的,我們就有“竹籃打水一場空”的風險,這讓人心理上很難接受。于是我們會覺得,還是堅持己見、不為所動比較好。
但是,再仔細一想,既然主持人都站出來了,為什么拒絕她的建議呢?出于不信任?為了表示自己很有主見?可無論如何,主持人給我們提供了一個額外的信息,因為我們現(xiàn)在知道,在打開的那扇門后什么都沒有。我們難道不應該再考慮考慮嗎?完全無視這個額外的信息嗎?這是多么的狂妄自大呀,你們不覺得嗎?
為了應對這個局面,我們需要記住,錯誤是我們的好朋友。改主意意味著可能把正確的選擇改成了錯誤的選擇,但也意味著可能把錯誤的選擇改成了正確的選擇!換句話說,通過改主意,我們將“找到財富”和“找不到財富”的概率互換了。
但是,在游戲最初,找不到的概率比找到要大,不是嗎?所以,必須改主意!我們不需要通過數(shù)學計算來說服自己,因為結果簡單明了:如果我們不改主意,那么選對的概率是三分之一;如果我們改了主意,選對的概率則立刻變成了二分之一!
讓我直說吧,活動組織者其實給了你三分之二的概率贏得獎金,并且還暗自捉弄那些沒能抓住機會的參與者,蔫兒壞!