趣味数学故事

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香 案
　　2400年前，雅典国的一个村子里，有个奴隶主，他的名字叫赫良辛。赫良辛奸诈狡猾，贪得无厌，成天盘算着怎样去剥削、欺压群众。

　　这年，雅典的好些地方流行伤寒症，瘟疫夺去了许多人的生命。劳动群众灾难深重之时，正是财主老爷发财致富之日。赫良辛想出了个馊主意，他把农奴们召集到广场的神庙前。

　　“阿婆罗神降旨啦！”赫良辛眨眨眼睛，挺挺胸脯，扯着嗓子喊了起来。原来，雅典人信神，这里讲的“阿婆罗神”是专管艺术的太阳神。

　　“庙里香案年久失修啦，神灵发怒了，才降灾给你们。神灵说，三天之内重做一个正方体形状的香案，神灵息怒后，瘟疫就可以平息了。”

　　人们似乎有了希望，聚精会神地听着。赫良辛咽了一口唾沫，接着说：

　　“这样吧！每家摊派一斗粮食，马上送到我家大院，作为重做香案和祈祷的基金，……，神命难违啊！”

　　于是，赫良辛家里粮屯里的粮食多了许多，“生死簿”上又增加了许多冤魂。可是，瘟疫并没有停止，相反，更加厉害了，不断夺去村民的生命。

　　不久，从赫良辛家里又传出神灵显圣的消息，通知人们第二天到庙前集中。

　　“啊，神灵又显圣了，这回不知道怎么说呢！”几位老人嘀嘀咕咕，忧心忡忡。

　　“什么神灵，全是赫良辛玩的鬼！”一个青年捏紧拳头，怒火填膺。

　　“不听他那一套，我们去找克莱梯斯去！”另一个青年冲口大喊。

　　克莱梯斯是一位学者，尤其对数学很有研究。这天晚上，几个青年在克莱梯斯家商量了很久，他们想了一个很巧妙的办法。

　　第二天，人们又在广场上集中了。

　　赫良辛走上高处，清清嗓子，尖声叫了起来：

　　“神灵又降旨啦，他嫌香案做得太小，要重做一个，这么办……”

　　赫良辛正要继续说下去，突然远处几个村民边跑边喊：

　　“来了，来了，钦差大臣来了，快迎驾呀！”

　　一个大臣骑着一匹高大的白马，后面跟着几个戎装卫士，很庄重地来到广场。不等大臣下马，赫良辛三步并作两步跑向前，跪在地上连连叩头：

　　“不知大人驾到，小民未曾远迎，死罪，死罪！”

　　“起来！”大臣斜视了赫良辛一眼，慢慢地走向庙前。

　　“这是干什么？”大臣指着农奴们，责问赫良辛。

　　“这个--那个--瘟疫--”赫良辛结结巴巴，心里有些发慌。

　　“大人，上回他骗了我们，说神灵发怒，要重做香案。一家出一斗粮食，瘟疫不见平息。”一个村民控诉着。

　　“今天他又说，神灵嫌香案太小，又发怒了，要……”另一个村民脸涨得通红，挥动着拳头。

　　“接圣旨！”大臣打断了他的话，所有的人都下跪了，尤其是赫良辛显得格外虔诚，他的前额紧紧地贴在地上。大臣说：

　　“赫良辛的话不错，神灵嫌做的香案太小，要做一个新的。”

　　村民们一个个抬起头来，疑惑不解地望着大臣。赫良辛也慢慢地挺起身子，除了额上粘的一点黄土外，面部似乎已逐渐恢复平静。

　　“不过，”大臣继续说着：“这次神灵指定要赫良辛做，香案的形状仍然是正方体，体积要是上次做的二倍。如果三天之内做好这个香案，瘟疫就可逐渐平息，国王将给赫良辛很贵重的奖赏。但是，如果所做的香案不符合要求，那就要处死赫良辛，并把他所有的财产分给农奴。”

　　赫良辛屏息细听了大臣传达的圣旨，心想这并不是难事，便领旨回家，立即找来木匠动工。起初，他以为只要按上次香案的尺寸，把正方体棱长扩大二倍，就可以了。那晓得木匠照他的意思做出来的正方体香案很大。我们不妨替他算一下：

　　如果上次正方体的棱长为a，那么体积应该是a3。这次正方体的棱长为2a，体积就应该是：

　　（2a）3＝8a3。

　　这就是说，新做的香案体积是上次做的8倍，当然不符合要求。赫良辛连忙命令木匠把这个香案改小。但改来改去，不是偏大，就是嫌小。一天，两天过去了，庄园里的树木被砍去了许多。赫良辛对盘剥村民虽然是专家，但对数学却是一窍不通。他不会运用数学原理，先算出欲求的正方体的棱长，然后再按这个尺寸来做香案。

　　三天过去了，人们又集中在广场庙前。大臣又来了，赫良辛抬不出一个适合要求的香案。他预感到末日的来临，象一只癞皮狗，瘫倒在地上……。

　　聪明机智的克莱梯斯应用数学史上著名的三大几何问题之一“倍积立方问题”，帮助农奴们惩罚了罪行累累的恶人。

　　所谓“倍积立方问题”，就是要做一个正方体，使它的体积是已知正方体体积的二倍。这个问题对于我们今天初中同学来讲，是不难理解的。设原来正方体棱长为a，所求正方体棱长为x，依题意得：

　　x3=2a3。

　　把两边开立方，得

　　。

　　

　　所求正方体的棱长。即使后来人们开始认识它的时候，还把它叫做“无理”数哩！

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公共汽车上，有一位年轻的妈妈抱着她的小宝宝坐在车窗边，她正在教她的小宝宝数数呢。她伸出一个手指问：“这是几呀？”正在咿呀学语的小孩望了望妈妈，答道：“一”。妈妈伸出了两个手指问：“这是几呀？”小孩想了想答道：“二”。妈妈又伸出三个手指，小孩犹豫了好一阵，回答：“三。”再伸四个手指时，小孩答不出来了。在这个小孩看来，那些手指实在太多了，他已经数不清了。其实，能数到三，对一个黄口孺子来说，已经很不简单了。

　　要知道，学会数数，那可是人类经过成千上万年的奋斗才得到的结果。如果我们穿过“时间隧道”来到二、三百万年前的远古时代，和我们的祖先--类人猿在一起，我们会发现他们根本不识数，他们对事物只有“有”与“无”这两个数学概念。类人猿随着直立行走使手脚分工，通过劳动逐步学会使用工具与制造工具，并产生了简单的语言，这些活动使类人猿的大脑日趋发达，最后完成了由猿向人的演化。这时的原始人虽没有明确的数的概念，但已由“有”与“无”的概念进化到“多”与“少”的概念了。“多少”比“有无”要精确。这种概念精确化的过程最后就导致“数”的产生。

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上古的人类还没有文字，他们用的是结绳记事的办法（《周易》中就有“上古结绳而治，后世圣人，易之以书契”的记载）。遇事在草绳上打一个结，一个结就表示一件事，大事大结，小事小结。这种用结表事的方法就成了“符号”的先导。长辈拿着这根绳子就可以告诉后辈某个结表示某件事。这样代代相传，所以一根打了许多结的绳子就成了一本历史教材。本世纪初，居住在琉球群岛的土著人还保留着结绳记事的方法。而我国西南的一个少数民族，也还在用类似的方法记事，他们的首领有一根木棍，上面刻着的道道就是用于记事的。

　　又经过了很长的时间，原始人终于从一头野猪，一只老虎，一把石斧，一个人，……这些不同的具体事物中抽象出一个共同的数字--“1”。数“1”的出现对人类来说是一次大的飞跃。人类就是从这个“1”开始，又经过很长一段时间的努力，逐步地数出了“2”、“3”……，对于原始人来说，每数出一个数（实际上就是每增加一个专用符号或语言）都不是简单的事。直到本世纪初，人们还在原始森林中发现一些部落，他们数数的本领还很低。例如在一个马来人的部落里，如果你去问一个老头的年龄，他只会告诉你：“我8岁”。这是怎么回事呢？因为他们还不会数超过“8”的数。对他们来说，“8”就表示“很多”。有时，他们实在无法说清自己的年龄，就只好指着门口的棕榈树告诉你：“我跟它一样大。”

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这种情况在我国古代也曾发生并在古汉语中留下了痕迹。比如“九霄”指天的极高处，“九派”泛指江河支流之多，这说明，在一段时期内，“九”曾用于表示“很多”的意思。

　　总之，人类由于生产、分配与交换的需要，逐步得到了“数”，这些数排列起来，可得

　　1，2，3，4，……，10，11，12，……

　　这就是自然数列。

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可能由于古人觉得，打了一只野兔又吃掉，野兔已经没有了，“没有”是不需要用数来表示的。所以数“0”出现得很迟。换句话说，零不是自然数。

　　后来由于实际需要又出现了负数。我国是最早使用负数的国家。西汉（公元前二世纪）时期，我国就开始使用负数。《九章算术》中已经给出正负数运算法则。人们在计算时就用两种颜色的算筹分别表示正数和负数，而用空位表示“0”，只是没有专门给出0的符号。“0”这个符号，最早在公元五世纪由印度人阿尔耶婆哈答使用。

　　到这时候，“整数”才完整地出现了。

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我国古代有许多美丽的神话传说，伏羲氏就是传说中一位很有名的人物，他教会了我们的祖先结网、造弓箭、驯养野兽，从而他受到了人们的尊敬，被描绘成人首蛇身的神，并被尊为“三皇”之一。

　　我在这里之所以特别提到伏羲氏，则是因为他对数学的贡献颇多，据说，他创造了“规”和“矩”这两种绘图工具，“规”用于画圆，“矩”则用于画方，即画直线与直角。在山东嘉祥县武梁祠的汉代石碑上就有女娲手执规，伏羲手执矩的人首蛇身造象，而“不依规矩，不成方圆”则成为人们在申明纪律时经常引用的一句成语。

　　传说伏羲还依据黄河龙马所献“河图”而创造了八卦，即用“--”（阳爻）及“－ －”（阴爻）组合成八种图形：

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这八种图形分别象征一种事物或自然现象：乾为天，坤为地，震为雷，巽为风，坎为水，离为火，艮为山，兑为泽。用八卦可以记事。

　　商朝末年，生活在陕西歧山一带的周人逐渐强大，商纣王很怕他们，于是把他们的领袖姬昌（周文王）抓进里监狱关了九年，姬昌在狱中精心研究，把八卦互相搭配成六十四卦，如表示地下有水，称为师卦，……等，他并据此演绎出《易》这本书。我国古代长期只把八卦用于占卜这项迷信活动，《周易》则成为这方面的权威著作。

　　然而仁者见仁，智者见智，1701年，正当德国大数学家莱布尼兹（Leibniz，公元1646－1716年）为设计乘法计算机而绞尽脑汁时，他收到了一个到中国来的传教士寄给他的八卦图。使他从中受到启示：如把“－ －”看成“0”，把“-”看成“1”，就有

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莱布尼兹领悟出，这种只需两个数码“0”与“1”写出的数也可用于表示所有的数。只是，它不象我们普通计数那样“逢十进一”，而是“逢二进一”。即高位上的“1”相当于低一位上的“2”，这就是二进制记数法。在二进制中，1+1就用10表示，再加1就用11表示，再加1就用100表示。二进制中的100就相当于十进制中的4：（100）2＝（4）10（括号外的注脚分别表示是何种进制）。

　　十进制 二进制 十进制 二进制

　　0 0 5 101

　　1 1 6 110

　　2 10 7 111

　　3 11 8 1000

　　4 100 9 1001

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上面是二进制数和十进制数的对照表。给出一个二进制数，我们怎样将它化为十进制数呢？

　　只要记住高位上数“1”等于低一位上数“2”即可。例如（101011）2＝1×25＋0×24＋1×23＋0×22＋1×23＋1＝（43）10

　　相反地，要把十进制数化成二进制数也不难，例如

　　（278）10＝1×28＋1×24＋1×22＋1×2＝（100010110）2

　　这里也可用短除法来完成这一转化：

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二进制的加法与乘法都很方便，只要记住下列加法表与乘法表即可：

　

　　例如计算：（10111001）2＋（1011101）2及（10101）2×（1011）2：




　　（相当于十进制的185＋93=278）




　　（相当于十进制的21×11=231）