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波利亚数学解题

来源:用户分享 时间:2025/6/5 11:04:50 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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(2)?字母题?比?数字题?更容易接受有趣的检验(见第14节)。作为另 外一个例子,我们考虑底为正方形的棱台。设下底边长为a,上底边长为b,高

为h,则其体积为

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(a+ab+b)h/3 我们可用?特殊化?一节所讲的方法检验这结果。事实上,若a=b,则棱 台成为棱柱,公式成为ah;若b=O,则棱台成为角锥体,公式成为ah/3。我们 还可用?量纲检验法?。事实上,公式的量纲是长度的立方。还有,我们可用 数据的变化来检验公式;事实上,若正数值a,b或h中的任一个增大,则公式的 数值也增大。

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这类检验不仅可用于最后结果,也可用于中间结果。它们是如此有用,值 得讨论,参见?问题的变化?这一节第(4)点。为了能利用这种检验,我们可能 发现把?数字题?加以普遍化并变为?字母题?是有好处的,参见?普遍化? 这一节第(3)点。

(3)你能检验这论证吗?在逐步检验论证时,我们应当避免单纯的重复。首 先,单纯的重复容易令人厌烦,缺乏启发性,使人注意力涣散。其次,在我们 曾经跌过一次跤的地方,如果环境与从前一样,我们可能再次跌跤。如果我们 感到需要把整个论证重新逐步检查一遍,我们至少应当改变各步的次序,或者 改变它们的分组,以引入某些变化。

(4)排出论证中最薄弱的环节并首先加以审查,这只需要较少的劳力,而 且更有兴趣。在挑出论证中值得审查之点时,一个很有用的问题是:你曾否利 用了所有的数据?

(5)很清楚,我们非数学方面的知识不能完全奠基在形式逻辑的证明上。 我们日常知识的较可靠的部分是不断被我们每天的经验所检验,所加强的。在 自然科学中,这种检验采取了细心试验与测量的形式,并与数学论证结合在一 起。我们的数学知识能否只以形式逻辑的证明为基础呢?

这是个哲学问题。我们不能在这里辩论。但肯定的是,你的数学知识,我 的数学知识,或者你的学生的数学知识,都不是仅仅以形式逻辑证明为基础的。 任何可靠的知识,必有深厚的实验基础,而且通过每个已成功地检验其结果的 问题使这种基础更加坚实。

7.你能用不同方式导出这一结果吗?

当最终所得结果冗长而复杂时,我们自然揣测存在着某个更清楚而且少迂 迥的解:你能用不同方式导出这一结果吗?你能一下子看出它吗?即使我们成功 地找出一个令人满意的解,我们可能仍然对找出另一个解感兴趣。就象我们期 望通过两种不同的知觉去感觉到一个物体一样,我们也期望用不同的推导方法 去取得对理论结果的有效性的信心。就象我们看到一个物体后还想摸摸它一样, 在有了一个证明后,我们希望找到另一个证明。

两个证明比一个好。?抛两个锚更安全?。

(1)例子。求正圆台的侧面积S,已知它的下底的半径 R,上底半径r和高h。

这个问题可用各种方法求解。例如,我们可能知道整个圆锥的侧面积的公式。 由于圆台是从圆锥切去一个较小的圆锥而得到的,所以它的侧面积是两个圆锥 侧面积之差;于是剩下要做就是把它用R,r,h来表示。把这个思路付诸实现, 我们最后就得到公式

S=π(R+r) (R ? r) 2 ? h 2

在用这种或那种方法求得这结果以后,经过较长的演算后,我们可能希望有一 个更为清楚并且较少迂迥的论证。你能用不同方式导出这结果吗?你能一下子看 出它吗?

为了能直观地看出整个结果,我们可以从尝试看出其各个部分的几何意义 开始。这样,我们可能看出

(R ? r) 2 ? h 2

是斜高的长度(圆锥可看作是由一个等腰梯形绕平行两边中点连线旋转而成的, 斜高是该等腰梯形的腰;见图12)。此外,我们还可能发现

π(R+r)=(2πR+2πr)/2

是圆台两底周长的算术平均值。注意公式的这同一部分也可改写为

π(R+r)=2π(R+r)/2 这就是圆台的中截面之周长(这里,我们称平行于圆台上

底和下底并等分其高的 平面与圆台的交为中截面)。

在找到各部分的新解释以后,我们现在可以从不同角度来看整个公式。于 是,我们可以这样读它:

侧面积=中截面周长〓斜高

这里,我们可能回忆坦梯形面积的公式

面积=中线〓高

图12

(此中线平行于梯形的两个平行边并等分其高)。只要直观地看到圆台侧面 积和梯形面积这两种陈述间的类比关系,我们就可以?几乎一下子?看出圆台 的整个结果。这就是说,对于以上经过冗长计算所得到的结果,我们现在感到 非常接近于它的一个简短而直接的证明了。

(2)上面的例子是典型的。我们不完全满足于我们所导出的结果,而希望 去改进它,改变它。因此,我们研究这个结果,尝试去更好地理解它,尝试看 出它的某个新侧面。我们可能对于结果的某一小部分首先成功地观察出一个新 的解释。然后,我们可能相当幸运地发现观察其他部分的新方式。

一个接一个地,审查各个部分,尝试用各种方式去考虑它们,我们可能终

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