在前面的两篇《丘成桐少年班试题,像数学家一样思考》、《丘成桐少年班试题,像数学家一样思考(二)》文章里,分别分析了这份试题的前两道题。这篇文章是这个系列的第三篇,分析这份试题的第三道题。
第三题
请花一定的时间阅读《几何原本》第一卷内容,用先“理由”再“结论”的格式写出命题47的完整证明过程。(依然使用欧几里得的证明方法,只是格式不同,其中“理由”部分直接写出内容,而不是用“公设n”或者“命题m”替代)
欧几里得用的方法,主要涉及了两个知识点,一个是全等三角形,一个是同底等高的三角形的面积是矩形面积的一半这两个知识点。在这里我大概写一下欧几里得证明方法,稍微学习一下就能掌握这个证明方法。将ΔABD绕B点逆时针旋转90°即得到ΔFBC。因此,ΔABD和ΔFBC的面积相等(更严谨地,到中学可以用全等三角形判别定理。)。线段AL与BC交于点O。
ΔABD的面积=长方形BDLO面积一半。
ΔBCF的面积=正方形ABFG面积的一半。
因此,正方形AGFB的面积和长方形BDLO的面积相等。
同理,正方形AHKC的面积和长方形OCEL的面积相等。
由于:正方形BCED的面积=长方形BDLO的面积+长方形OCEL的面积。
因此AC2+AB2=BC2。
然而,题目的要求是用欧几里得的方法证明,只是用到公设的地方不能一笔带过,需要写明公设的过程。 这个题目咋一看有点奇怪,表面上看是要考察如何证明,而且是用已有的方法来证明。意欲何为呢? 仔细想想,也不奇怪。朱熹说:“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。” 证明“1+2”的数学家陈景润说:“学数学,熟知基本概念、打好基本功是第一步,就像造房子一样,基础打得越牢靠,造出来的房子才越牢固。”陈景润不是轻易地相信一个结论。凡是数学上没有经过严格证明的,哪怕一般人认为是正确的结论,他也不盲从,一定要自己重新演算。这个习惯成为他日后摘取数学皇冠上的明珠重要条件之一。这就是陈景润所说的打好基本功的方法,也是这道题设立的目的。 英雄所见略同,我又厚颜无耻地把自己和数学家相提并论。绝无意冒犯,虽然,我与数学家相比渺若尘埃,但是,真的又是巧合,多年的读书经历,又让我碰巧和数学家悟出同样的道理。《铁憨憨求问融汇贯通之道》,我在课堂上讲述如何做到融汇贯通的方法,就是把基础概念吃透,如何吃透基础概念,不是靠记忆,靠的是推理。
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