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數學的神奇故事

生活 更新时间:2025-03-01 18:34:00

這是一座普通城市的普通中學的一趟普通的初中英語課,但卻是費曉馬最不喜歡的課程。費曉馬本來就對英語不感興趣,偏又遇上一個脾氣古怪,整天闆着臉的中年女英語老師。這天的英語課教的是序數詞,費曉馬例行地想心事,根本沒在聽。

數學的神奇故事(數學故事我已經說了無數次了)1

英語老師看費曉馬走神了,直接讓他回答問題:“費曉馬,請你中譯英這句話:我上次考試得了第一名”?費小馬條件反射地站了起來,一詞一頓地說:“啊,I am first in last exam......”。

還沒等費曉馬說完,老師直接打斷了他:“我已經說過無數次了,序數詞前要加定冠詞‘the’,the first......你還要我說幾遍啊!回去把今天的例句抄10遍!”

費曉馬沮喪地坐了下來,心想:這堂課趕緊過去吧。腦子又開始放空,開始思考一些數學題來。費曉馬很喜歡數學,綽号”小費馬”,數學是他最喜歡的科目。

想着想着,忽然不知不覺中,英語老師不見了,數學老師站在講台上,好像數學課開始了。

數學老師是費曉馬最喜歡的李老師,年輕,舉止文雅,談吐幽默,很能跟學生打成一片。這時李老師提問了:“上一堂課我們教‘遞歸’概念的時候,講了個有“遞歸”的故事,誰還記得那個故事?”

費曉馬在數學課上最積極了,馬上站了起來,說:老師,我記得。那個故事是這樣的,從前有座山,山上有座廟,廟裡有個老和尚和小和尚。有一天,老和尚對小和尚說:從年有座山,山上有座廟,廟裡有個老和尚和小和尚......就這麼下去,老和尚和小和尚的故事怎麼也說不完”。

數學的神奇故事(數學故事我已經說了無數次了)2

“很正确!”,李老師追問:“那麼費曉馬,如果你是故事裡最裡面的那個老和尚,你會怎麼終結故事呢?”

費曉馬不假思索地說:“那個老和尚對小和尚說:‘這個故事,我已經說了無數次了啊!’” 聽到費曉馬說出了英語老師的口頭禅,教室裡哄堂大笑。

李老師也笑了,說:“你為什麼認為‘我已經說了無數次了’這句話可以終結這個故事呢?”

費曉馬說:“無數次嘛,就表示後面還可以說很多很多次,但都省略不說了,所以就用無數次概括了。但是,沒有人真的可以說無數多次,所以這樣說大概不太對”。

李老師微微一笑,推了一下眼鏡,說:“其實,‘我已經說了無數次’, 這句話也并非沒有完全意義,如果我們把這句話用序數來理解的的話。”

費曉馬一下子緊張了:“老師,這不會跟英語裡的序數詞有啥關聯吧?”

李老師說:“費曉馬,你不用怕英語到這程度吧。别怕,不考你英語。我們就看看能不能賦予’我已經說了無數次’,這句話一點意義,但會牽扯到數學裡的序數概念。你看,如果我們把‘無數次’算作一個數字的話,那‘我已經說了無數次’這句話,就跟我們平時說的,‘我已經說了一百次,一千次’一樣,都是有意義的。”

“但是老師,‘無數次’到底算是一個什麼數字呢”?

李老師說:“比任何自然數都大的一個數!我知道這很難理解,但這是數學裡很有意思的地方,因為它是一個可以與‘無窮大’打交道的學科。

“比全體自然數大,這句話确實無法理解,因為在常規的大和小的意義下,這句話是不對的。但數學裡有其他比大小的方法,比如集合中的包含和子集。一個集合裡的元素完全可以是無窮多的,它也可以包含其他有無窮多個元素的集合,沒有問題。”

費曉馬似懂非懂地問:“這跟‘無數次’有什麼關系嗎’?

數學的神奇故事(數學故事我已經說了無數次了)3

李老師說:“有啊,你可以這樣理解:

“我已經說了n次” 這句話,相當于‘我說:“我已經說了n-1次了”’,你看,這是不是很像一個集合包含了另一個集合,也有點像遞歸?”

“對”,很多學生同時答到。

“那我們我再定義:‘我已經說了無數次了’,這句話描述了一個集合,其中包含了所有的‘我說了n次’的情況,n可以是任何的自然數,這樣,‘我已經說了無數次了’,這句話不就有意義了嗎?

費曉馬思索了一下,困惑地說:老師,這樣真有什麼意義嗎?‘說了n多次,無數次’,這種話,我們平時開開玩笑而已,數學裡有什麼用嗎?”

李老師說:“現在看确實沒啥用,但是如果我們能在‘無數次說’了之後,再‘說一次’,那就有意思了。”

“無數次之後再說一次?”費曉馬更困惑了。

李老師暗下一樂,說:“既然我們在說集合,并且一個集合包含另一個集合,就表示前者更大,那我們隻要定義一個集合,包含了‘我說了無數次’這個集合就可以了。你們想下這句話:‘我說:我已經說了無數次了’,那麼你們覺得我一共說了幾次呢?”

“難道是無數次加一?”,費曉馬問?

李老師說:“對啊,根據我們之前集合遞歸包含的規則,這就是無數次加一次啊。記住,我們現在就可以把‘無數次’當做一個數字來處理,雖然它的本質是全體自然數構成的集合。另外要記住一點,現在的加法是沒有交換律的,比如‘1 無數次’就不等于‘無數次 1’,費曉馬你說說看為什麼這樣?”

費曉馬開始思考起來,說:“‘我說了1 無數次’,那就相當于我先說了一次,然後又說:‘我說了無數次’;但是‘無數次’裡包含了那一次,所以總體隻說了‘無數次’。但是,這句話:‘我說:我已經說了無數次了’,根據我們遞歸規則,外面這次确實包含了裡面的那句話,所以相當于說了‘無數次 1’次。”

李老師對費曉馬相當滿意,說:“太對了,你要記住,現在的讨論裡,次序會很重要,因為我們牽涉到無窮這個概念。”

費曉馬一下子來勁了,繼續思考:“對啊,不管你先說了多少次,後面如果說了無數次,那麼總數上還是無數次啊,次序換過來就不一樣了。那麼老師,這樣看的話,這句話:‘我說,“我說:我已經說了無數次”’這句話,就是我說了無數次 2次吧。”

李老師答複:“對。”

數學的神奇故事(數學故事我已經說了無數次了)4

“那麼這句話:‘我已經說了無數次:我已經說了無數次’,這句話算說了幾次呢?”,費曉馬抛出了他真正想問的問題。

李老師也早有準備:“那我們需要返回之前的定義。之前我們隻定義了:’我說了:我已經說了n次‘,這句話的含義,其結果相當于說了n 1次。但是沒有定義這種句式:‘我說了p次:我已經說了q次’。現在需要定義一下這種句式的含義。

根據我們日常經驗:‘我已經說了兩次:這事我已經說了三次了’。總體上是不是感覺說了六次。那麼之前那句話,我們就可以定義成乘法關系,‘我說了p次:我已經說了q次’,這句話總體上就是說了q乘以p次。”

“那麼‘我已經說了2次:我已經說了無數次’ 就是我已經說了2倍的無數次!”。費曉馬忍不住插了一句。

李老師微微點頭,繼續說:“但要注意,一旦涉及到‘無數次’,次序又變得重要起來。比如‘我已經說了無數次:我說了兩次了’。這句話,總的次數應該寫成2乘以無數次,但結果仍然是無數次。因為說再多的‘兩次’,最終也會被外面的‘無數次’覆蓋了,超不過‘無數次’。

但是,’我已經說了兩次:我說了無數次了‘,這句話确實是‘我已經說了無數次乘以2次’,就是兩倍于無數次。而‘兩倍于無數次’确實比‘無數次’大,所以我們這裡,乘法交換律也不成立,這一點需要注意。”

費曉馬頓有所悟,有點興奮得說:“那老師,這樣看來,‘我說了無數次:我已經說了無數次’,這句話就應該是‘無數次’乘以‘無數次’,等于‘無數次的平方次’了吧?”

“對啊,簡單吧。那之後你還可以繼續……”

沒等李老師說完,費曉馬迫不及待地說:“那還可以有無數次的3次方,無數次的4次方,以至于無數次的無數次方對吧.....”

剛到這裡,費曉馬忽然又聽到一個不想聽到聲音:“費曉馬,你上課又打瞌睡了,你告訴我,我剛才說了啥?”

啊,原來還是英語課啊,費曉馬迷迷糊糊地的,也不知道哪來的勇氣:“老師,你剛才說,你已經說了無數次了,但你其實已經說過了無數次‘我已經說了無數次了’!”。

課堂裡一陣哄笑,費曉馬這次真的醒了過來。原來現在隻是早上,費曉馬還躺在自己的床上。

數學的神奇故事(數學故事我已經說了無數次了)5

費曉馬心想:“還好隻是夢啊,都怪我昨天睡前聽大老李講序數,做了這麼一個夢中夢。不過以後我知道原來'我說了無數次'這句話還是有意義的啊。”想到這,費曉馬似乎覺得英語老師的這句口頭禅也不是那麼讨厭了。

(未完,續不續看反響......)

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