数学美简论

刘小朋　陈雪宏

中图分类号：G633.6 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2016）03-0185-01

数学是理性思维和想象的结合，它的发展建立于社会的需求，所以就有了数学美。数学历来以其高度的抽象性、严密的逻辑性被人们所赏识，却很少有人把它与美学联系起来，数学起源于建筑，正是对美的追求，才产生了数学。似乎数学与美学毫不相干。其实，这是对数学本质的一种误解，是对数学与美学的关系以及数学中的美缺乏真正的了解和认识，数学以一种独特的方式来诠释美学。

著名数学评论家普洛克拉斯进而断言："那里有数，那里就有美"。数学美深深地感染着人们的心灵，激起人们对她的欣赏。下面从几个方面来欣赏数学美。

1.简洁美

爱因期坦说过："美，本质上终究是简单性。"他还认为，只有借助数学，才能达到简单性的美学准则。物理学家爱因期坦的这种美学理论，在数学界，也被多数人所认同。朴素，简单，是其外在形式。只有既朴实清秀，又底蕴深厚，才称得上至美。

欧拉给出的公式：V-E+F=2，堪称"简单美"的典范。世间的多面体有多少？没有人能说清楚。但它们的顶点数V、棱数E、面数F，都必须服从欧拉给出的公式，一个如此简单的公式，概括了无数种多面体的共同特性，能不令人惊叹不已？由她还可派生出许多同样美妙的东西。如：平面图的点数V、边数E、区域数F满足V-E+F=2，这个公式成了近代数学两个重要分支——拓扑学与图论的基本公式。

简单、明快才能给人以和谐之感，繁杂晦涩就谈不上和谐一 致。因此，简单性既是和谐性的一种表现，又是和谐性的基础。数学美的简单性，并非指数学对象本身简单、浅显，而是指数学对象由尽可能少的要素通过尽可能简捷、经济的方式组成，并且蕴含着丰富和深刻的内容。

2.对称美

在古代"对称"一词的含义是"和谐"、"美观"。事实上，译自希腊语的这个词，原义是"在一些物品的布置时出现的般配与和谐"。毕达哥拉斯学派认为，一切空间图形中，最美的是球形；一切平面图形中，最美的是圆形。圆是中心对称圆形――圆心是它的对称中心，圆也是轴对称图形――任何一条直径都是它的对称轴。下面这些图片也更好的诠释了美：

3.语言美

对称性（"中心对称"、"轴对称"演绎了多少遥相呼应的缠绵故事）；比例性（美丽的"黄金分割法"分出的又岂止身材的绝妙配置？）；和谐性（如对数中：对数记号、底数以及真数三者之间的关联与配套实际上是一种怎样的经典的优化组合！）；鲜明性（"最大值"、"最小值" 让我们联想起——"山的伟岸"与"水的温柔"，并深切地感悟到：有山有水的地方，为何总是人杰地灵的内在神韵……）和新颖性（一个接一个数学"悖论"的出现，保持了数学乃至所有自然科学的新鲜与活力）等等。

4.奇异美

全世界有很大影响的两份杂志曾联合邀请全世界的数学家们评选"近50年的最佳数学问题"，其中有一道相当简单的问题：有哪些分数 ，不合理地把b约去得到 ，结果却是对的？

经过一种简单计算，可以找到四个分数： 。这个问题涉及到"运算谬误，结果正确"的歪打正着，在给人惊喜之余，不也展现一种奇异美吗。

还有一些"歪打正着等式"，比如人造卫星、行星、彗星等由于运动的速度的不同，它们的轨道可能是椭圆、双曲线或抛物线，这几种曲线的定义如下：到定点距离与它到定直线的距离之比是常数e的点的轨迹，当e<1时，形成的是椭圆.当e>1时，形成的是双曲线.当e=1时，形成的是抛物线.常数e由0.999变为1、变为0.001，相差很小，形成的却是形状、性质完全不同的曲线。而这几种曲线又完全可看作不同的平面截圆锥面所得到的截线。

椭圆与正弦曲线会有什么联系吗？做一个实验，把厚纸卷几次，做成一个圆筒。斜割这一圆筒成两部分。如果不拆开圆筒，那么截面将是椭圆，如果拆开圆筒，切口形成的即是正弦曲线。这其中的玄妙是不是很奇异、很美。

5.统一美

数的概念从自然数、分数、负数、无理数，扩大到复数，经历了无数次坎坷，范围不断扩大了，在数学及其他学科的作用也不断地增大。那么，人们自然想到能否再把复数的概念继续推广。

英国数学家哈密顿苦苦思索了15年，没能获得成功。后来，他"被迫作出妥协"，牺牲了复数集中的一条性质，终于发现了四元数，即形为a1+a2i+a3j+a4k （a1 ，a2i ，a3j ，a4k 为实数）的数，其中i、j、k如同复数中的虚数单位。若a3 =a4 =0，则四元数a1+a2i+a3j+a4k 是一般的復数。四元数的研究推动了线性代数的研究，并在此基础上形成了线性结合代数理论。物理学家麦克斯韦利用四元数理论建立了电磁理论。数学的发展是逐步统一的过程。统一的目的也正如希而伯特所说的："追求更有力的工具和更简单的方法"。

数学之美，还可以从更多的角度去审视，而每一侧面的美都不是孤立的，她们是相辅相成、密不可分的。她需要人们用心、用智慧深层次地去挖掘，更好地体会她的美学价值和她丰富、深隧的内涵和思想，及其对人类思维的深刻影响。如果在学习过程中，我们能与数学家们一起探索、发现，从中获得成功的喜悦和美的享受，那么我们就会不断深入其中，欣赏和创造美。