對于中小學的數學學習者而言,學習方法非常重要,用帶着研究的方法去學習數學,其效果必然會事半功倍。
圖1
美籍華人陳省身教授,是當代舉世聞名的數學家,他十分關心祖國數學科學的發展,人們稱贊他是"中國青年學子的數學總教練"。
1980年,陳教授在北京大學的一次講學中語驚四座:"人們常說,三角形的内角和是180度,但這是不對的。"
大家愕然,怎麼回事?三角形的内角和是180度,這不是數學常識嗎?接着,這位老教授對大家的疑問做出了精辟的解答:
說"三角形内角和為180度"不對,不是說這個事實不對,而是說這種看問題的方法不對,應當說"三角形的外角和是360度!"。
把眼光盯住内角,隻能看到:
三角形的内角和是180度;
四邊形的内角和是360度;
五邊形的内角和事540度;
……
n邊形的内角和是(n-2)×180度。
這就找到了一個計算内角和的公式,公式裡出現了邊數n。
如果看外角呢?
三角形的外角和是360度;
四邊形的外角和是360度;
五邊形的外角和是360度;
……
任意n邊形的外角和都是360度。
這就把多種情形用一種簡單的結論概括起來了。用一個與n無關的常數代替了與n有關的公式,找到了更一般的規律。
設想一隻螞蟻在多邊形的邊界上繞圈子(圖2),每經過一個頂點,它前進的方向就要改變一次,改變的角度恰好是這個頂點處的外角。爬了一圈,回到原處,方向和出發時一緻了,角度改變量之和恰好是360度。
圖2
這樣看問題,不但給"多邊形外角和等于360度"這條普遍規律找到了直觀上的解釋,而且立刻把我們的眼光引向了更廣闊的天地。
一條凸的閉曲線——卵形線,談不上什麼内角和與外角和。可是螞蟻在上面爬的時候,它的方向也在時時改變。它爬一圈,角度改變量之和仍是360度(圖3)。
圖3
"外角和為360度",這條規律适用于凸封閉曲線!不過,叙述起來, 要用"方向改變量之和"來代替"外角和"罷了。
對于凹多邊形,就要把"方向改變量總和"改為"方向改變量的代數和"(圖3)。不妨約定:逆時針旋轉的角為正角,順時針旋轉的角為負角。當螞蟻在圖示的凹四邊形的邊界上爬行的時候,在A1,A2,A4處,由方向改變所成的角是正角:∠1,∠2,∠4;而在A3處,由方向改變所成的角是負角:∠3。如果仔細計算一下,這四個角正負抵消,代數和恰好是360度。
圖4
從普通的、衆所周知的事實出發,步步深入、推廣,挖掘出廣泛适用的深刻規律,對一個普通的數學學習者來說,是一個提升數學基礎的好方法,也有助于培養窮追不舍、孜孜以求探索真理的精神。
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