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2014年6月12日 星期四

【暢銷書】黃金比例:1.618...世界上最美的數字(新版)(The Golden Ratio:The Story of PHI, the World’s Most Astonishing Number)*自然科普類*

黃金比例:1.618...世界上最美的數字(新版)(The Golden Ratio:The Story of PHI, the World’s Most Astonishing Number)~推薦!

作者:李維歐
原文作者:Mario Livio
譯者:丘宏義
出版社:遠流
出版日期:2014/06/12
語言:繁體中文

定價:350元

ISBN:9789573274087
叢書系列:大眾科學館
規格:平裝/328頁/25k正/14.8x21cm/普通級/單色印刷/初版
出版地:台灣
本書分類:自然科普>數學>幾何

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【Author】作者/繪者/著者/譯者

作者簡介

李維歐(Mario Livio)


  哈伯太空望遠鏡科學研究所(Hubble Space Telescope Science Institute)科學部門負責人,研究主題十分廣泛,集中於宇宙學和天文物理學領域。他對星體爆炸、宇宙擴張、黑洞附近的物理過程及智慧生命的出現等議題尤其感興趣。著有《加速的宇宙》(The Accelerating Universe)及《傑出的錯誤》(Brillian Blunders);出版超過三百篇的科學論文,經常受邀在史密森博物館(Smithsonian Institution)和海頓天文台(Hayden Planetarium)對公眾演講。目前定居美國巴爾的摩市。

譯者簡介

丘宏義


  美國康乃爾大學物理博士,美國航太總署(NASA)哥達德太空飛行中心太空科學家及天文物理學家。退休後專事寫作與翻譯,著有《新封神榜:紂王與妲己》、《吳大猷──中國物理學之父》,譯有《預約新宇宙》、《億萬又億萬》、《抓時間的人》、《數學與頭腦相遇的地方》、《物理學家的靈感抽屜》、《物理與頭腦相遇的地方》、《光錐.蛀孔.宇宙弦》、《宇宙的六個神奇數字》、《量子重力》等書。

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【Introduction】簡介/書評/特色/摘要

這是一個關於植物、藝術、建築、繪畫、詩歌……
讓你驚嘆造物主神奇的數字!

  黃金比例是什麼?
  ‧兔子的生育?
  ‧玫瑰花瓣?
  ‧鸚鵡螺的外殼?
  ‧鳳梨的外皮鱗片?
  ‧巨大星系?
  ‧達文西名畫《蒙娜麗莎的微笑》?
  ‧名模身材?
  ‧股市指數的波動?
  ‧以上皆是

  以上選項看起來毫不相關,但其實它們都擁有一個共同點,那就是──黃金比例,也就是1.6180339887...。

  黃金比例的發現究竟源起於何時?幾乎已不可考。不過,有一點倒是可以確定的,歐幾里德這位幾何學大師用一條簡單的幾何定理「中未比」就為黃金比例下了完美的定義,即把一條直線(或線段)一分為二,則長線段與短線段之比恰等於完整直線與長線段之比。

  黃金比例的趣味或許在於它跳脫了最原始的幾何意義,從數學延伸至繪畫、建築、音樂乃至發展成為對完美人體身形比例的終極追求,搖身一變成定奪感官之美或和諧之美的最高裁判官,相較於多數人可以朗朗上口的π值3.1416,黃金比例顯然與我們日常生活的關係更為密切。也因此,我們容易「眼見為憑」,將許多充滿視覺驚嘆之美的結構,誤判為是依據黃金比例而設計,譬如神祕的古埃及金字塔與雅典充滿簡約風格的帕特農神廟等等,許多黃金數字的狂熱崇拜者全都將之記在黃金比例的豐功偉績裡,但果真如此嗎?

  本書作者李維歐不僅是一位稱職的嚮導,用平實的語言引領讀者展開這趟黃金比例的深度考古之旅,追本溯源,沿途也發揮科學家的偵探精神,抽絲剝繭,為讀者撥開層層迷霧,直達真相。

名人推薦

  讓丹‧布朗讚嘆不已!
  李維歐以數學狂熱份子或是數學恐懼者都會喜歡的方式,揭開著名「黃金比例」的神祕面紗……看完此書後,你將會以全新眼光去審視金字塔、松果或是畢卡索的畫作。──《達文西密碼》作者丹‧布朗

  這本書可以滿足對數學知識充滿好奇心的讀者,這是一本值得高度推薦的數學普及作品。──洪萬生  臺灣師範大學數學系退休教授

  李維歐完美地化解了數學重複論述的難題……它重新梳理了一遍黃金比例的數學史。──賴以威 數學作家、中研院博士後研究員

  身為數學老師的我總是把握機會推薦這本書。……對於熱愛追求知識的讀者而言,這實在是一本值得細細品味的好書。──林信光 台北市立建國高級中學數學科教師

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【Table of Contents】目錄/大綱/內容概要

專文導讀  永遠備受矚目的黃金比例  洪萬生  
推薦文    完美的數學史大翻案      賴以威  
推薦文    數學與音樂、藝術、設計的最佳交集
──黃金比例                      林信安  

譯 序 從數學到藝術,
及我們所知的數學是否萬能? 

第一章 數字的前奏曲 
數不清是世界的奇蹟。——索福克里斯

第二章 和諧音與五角星形 
我看到了宇宙中有一種秩序在,而數學是讓它現身的方法之一。——薩騰

第三章 在一個指向星星,呈Y形的金字塔之下? 
以埃及人鋪造的金字塔為首;巴比倫的花園次之,
為了阿咪蒂斯王妃而造;下一個是愛與罪的莫所羅墓;
第四個,在以弗所的黛安娜女神廟;羅德斯島巨像,黃銅鑄成;
第六個,朱比得塑像,費底亞斯所造;人們說,埃及的法羅斯來得最晚,
或者是用黃金打造的西流士宮殿。——佚名

第四章 黃金比例方程式 
幾何擁有兩件至寶:一件是畢達哥拉斯定理;
另一件是把線段做中末比分割。第一件足以和黃金媲美;
第二件我們或可稱之為珍貴的珠寶。——克卜勒

第五章 費波納奇數字無所不在 
這九個印度數字是:9 8 7 6 5 4 3 2 1。用這九個數字,
再加上這個 0 的符號..可以把任何數字寫出。——費波納奇

第六章 神的比例 
探索我們的起源,是使哲學家頭腦滿足的甜蜜汁液。——帕西歐里

第七章 藝術家也瘋狂? 
繪畫不是一種美感的操作;它是一種魔法,作為這個奇怪的
逆境世界和我們之間的仲裁者。——畢卡索

第八章 從地磚到蒼穹 
畢竟,科學所要做的就是理解、領悟——
科學比起無需動腦筋的計算工作當然重要許多。——潘洛斯

第九章 上帝是一位數學家嗎? 
我應當以幾何方法去處理人類的罪行及愚惷..
從大自然的需求和效力來思考憎恨、憤怒、妒忌等等激情..
因此,我在處理大自然和情感的力量時,會採取一視同仁的態度,
彷彿我所關心的是直線、平面,及立體。——史賓諾莎

不管有些業餘家嘀咕說二加二等於三,或者評論家大聲疾呼說是五,
數學家依舊認定二加二等於四。——惠斯勒

附 錄 1~9

延伸閱讀 

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【Preface】序/前言/推薦/心得

專文導讀

永遠備受矚目的黃金比例
洪萬生  臺灣師範大學數學系退休教授

                    
  《黃金比例》是一本有關黃金比例與費波納奇數列的數學普及書籍。

  作者李維歐試圖說明人類對黃金比例的迷戀,似乎有其特殊的文化意義,儘管他強調在埃及金字塔或希臘神廟都找不到其縱跡。這種學者應有的審慎態度,也一樣見諸於本書第七章〈藝術家也瘋狂?〉的論述。另一方面,作者也指出,有關畢氏學派的正五角星形logos,正多面體與柏拉圖的宇宙生成論,以及歐幾里德的中末比(亦即黃金比例)命題、正五邊形作圖,乃至於五種柏拉圖立體存在之證明,都足以說明文藝復興之後的西方學者與藝術家為何如此珍視黃金比例。

  說得更明確一點,歐幾里得在《幾何原本》之所以引進中末比,顯然是為了正五邊形的尺規作圖,以及只有五種柏拉圖立體之證明。其中,正五邊形這個核心的概念,當然與畢氏學派的神秘正五角星形息息相關。因此,儘管在建築設計與藝術創作中,被認為相當具有和諧美感的黃金比例並不多見,然而,這些扎實的幾何理論,卻成為十五世紀之後,科學家與數學家將黃金比例塑造成為「神的比例」(divine proportion)的基石。

  不過,黃金比例的神聖性是否得利於費波納奇數列的「無所不在」,作者維持一貫的審慎,並未提供進一步的說明。但儘管如此,在本書第六章〈神的比例〉中,作者引述法蘭契斯卡、達文西與杜勒對於黃金比例的探索,可以見證當時畫家對此一概念的著迷程度。在這個關聯中,作者特別提及數學家帕西歐里如何將法蘭契斯卡在立體方面的研究,「編入」《神的比例》,並邀請達文西為其繪製插圖。如果說這是法蘭契斯卡利用黃金比例透露和諧形體的秘密,那麼,克卜勒也是基於同樣的信念,利用柏拉圖立體建立宇宙模型,因為他相信黃金比例是上帝創世時,所使用的一個基本工具。至於黃金比例的現實應用,作者則在股價漲跌模型及宇宙論等研究主題上,找到頗為重要的例證(參見第八章〈從地磚到蒼穹〉)。這說明純粹基於美學考量的黃金比例,最終在數學家與物理學家的手上,出現重大的應用意義,從而作者也得以「上帝是一位數學家嗎?」,來總結這一趟關於黃金比例的文化史之旅。

  就數學文化史(cultural history of mathematics)的文類來看,本書類似《從零開始》與《毛起來說無限》,都涉及數學史、哲學史、藝術史與形上學等主題,對讀者的博雅素養有著相當高的期許。不過,本書的內容也可以滿足對數學知識充滿好奇心的讀者。無論如何,這是一本值得高度推薦的數學普及作品。

推薦文

完美的數學史大翻案
賴以威


  寫數學書有項難處是別的主題所沒有的,它不像心靈勵志書籍,同樣概念可以在不同的著作裡以不同的姿態出現。數學書可就吃虧了,每個概念不僅得用方程式和文字各定義一次,還得安上個專有名詞,怎麼逃也逃不掉。好比說本書的主角,數學界裡最廣為人知的大明星「黃金比例」吧,喜歡數學的讀者看過一本、兩本、三本關於黃金比例的書籍後,就會開始有些膩,覺得怎麼都是1.618,都有隻讓人看了會暈眩的鸚鵡螺,或是已經出現在許多攝影集裡但自己還是沒存夠錢去的希臘巴特農神殿。這是數學講究精確、清楚的原罪。

  但《黃金比例:1.618...世界上最美的數字》作者李維歐完美地化解了這個重複論述的難題。

  幾年前流行歷史翻案文:諸葛亮僅善於內政,曹操是位仁君,劉禪之智不亞於其父,長山趙子龍根本是個女的!這些翻案文有些引起爭論,有些還給當事人公道,有些僅是茶餘飯後一笑置之。但不管怎麼說,都讓我們看到了歷史全新的一面。某種程度上,這本書也扮演了相似的角色,它重新梳理了一遍黃金比例的數學史。

  這時,數學的精確度又派上用場了。例如渾身上下充滿秘密的金字塔,許多文獻都指出可以從金字塔的三圍裡找出黃金比例、圓周率的蹤影,還提供了計算過程。對一般讀者來說,算式相當有說服力,但李維歐發揮科學家質疑一切的特質,不僅驗證算式,還檢驗數據是否可靠,他發現文獻中認定金字塔裡藏有黃金比例所使用的數據根本是錯的。不僅如此,因為埃及的金字塔高度與底座周長比例,埃及人普遍被認為能精確掌握圓周率,但說不定埃及人只是誤打誤撞的將圓周率和法老王一併埋進了金字塔裡。

  有別於人文的歷史翻案,李維歐的論述除了有史料佐證,還有更多透過數學檢驗。他脫下了黃金比例被過度神化的面貌,同時又提醒我們抬起腳來、或是轉身看看,這兒和那兒也都有黃金比例。我個人最喜歡的是李維歐在本書中旁徵博引,將從古至今的數學家留下的經典格言像珠寶般地散落在段落間。這些偉大的數學家們長期被數學淬煉出的邏輯、人生觀,有些時候比黃金比例更讓人深思。

  你已經看完這本書最無趣之處了,接下來的部分,只會越來越有趣。

  (本文作者為數學作家,現職中研院博士後研究員。作品常見於聯合報「閱讀數學」、國語日報,以及泛科學﹝Pansci﹞、有物報告、CAREhER等網路媒體。著有散文集《再見,爸爸》,譯有《平面國》,合著《葉丙成的機率驚豔》。)

推薦文

數學與音樂、藝術、設計的最佳交集──黃金比例
林信安  台北市立建國高級中學數學科教師


  「黃金比例」對許多學生來說不算陌生。只要課堂上提到相關的題材,例如黃金矩形、黃金三角形、正五邊形、五角星形、費氏數列等,學生們還會列舉更多例子,像是鳳梨鱗片的排列、向日葵小花的排列、黃金比例是最美的比例等等。      

  我發現到,學生普遍對黃金比例感興趣,甚至發出讚嘆之聲,身為數學老師的我總是把握機會,推薦《黃金比例:1.618…世界上最美的數字》這本書,書中介紹了黃金比例與幾何、音樂、藝術、設計等各領域的糾葛與迷思,希望能藉此引領學生欣賞數學與其它領域產生豐富的交互作用。我自己從事數學與科學教育多年,這本書提供了我很多課堂上發人深省的好問題。

  此外,本書還蒐集了大量的參考資料列舉了豐富的巧合,像是巴特農神殿、美感與黃金比例的關係、畫作中隱藏的黃金比例等。作者李維歐對這些巧合提出質疑,也對黃金比例的神祕感提供出見解與澄清,這是我覺得《黃金比例:1.618…世界上最美的數字》最有啟發性與迷人之處。對於熱愛追求知識的讀者而言,這實在是一本值得細細品味的好書。

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ISBN:9789573274087
叢書系列:大眾科學館
規格:平裝/328頁/25k正/14.8x21cm/普通級/單色印刷/初版
出版地:台灣
本書分類:自然科普>數學>幾何

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【Preview】內容預覽/連載/試閱PDF下載

譯序
 
從數學到藝術,及我們所知的數學是否萬能?
文/丘宏義
 
從上古到現在的數學
 
本書可是說是一部以黃金比率φ為核心的數學簡史。黃金比率牽涉之廣,幾乎在所有的數學中都插進一腳,即使插進的份量最多可以說是當配角而已。本書提到,圓週率π成為配角或主角的角色可能要比黃金比率還要多得多,可是從任何一點說來,π太「嚴肅」了,沒有φ這麼的多彩多姿。
 
有許多計算π的系列,最準確的的第一項就可以把π算到48位小數。而計算黃金比率的公式只牽涉到5的平方根而已。為甚麼老天爺對數字5特別加以青睞,而對其它的數字如3,7 或者11這麼平淡地對待呢?我想,這也是為甚麼黃金比率會有這麼大的吸引力的原因。
 
各種古文化都知道計數。對我們說來,他們計數的方法可能很笨拙-即使對他們的語言最自傲的法國人,也對他們到現在還在天天用的quatre-vengts(四個二十,即八十)只好苦笑,因為這實在太違背他們發明出的公制的精神了-可是對他們來說,不用「八個十」而用彆扭的「四個二十」是天經地義的事。中國人稱3/4為四分之三,英語則稱為三個四分(three fourth),我們認為他們的說法彆扭,他們也認為我們的說法彆扭。如果把四分之三的中文逐字譯成英文,應當是 four's three(雖然文法較對的說法應當是three out of four,即四個中的三個)。中文把「被屬於X」的某物放在後面,而英文把「被屬於X」的某物放在前面。我想原因大約是,中文的意思是,這某物屬於X,因此X是主人,應當在前面;而西方認為我們講的是這屬於 X 的某物,因此這「某物」為主,應當放在前面。

ISBN:9789573274087
叢書系列:大眾科學館
規格:平裝/328頁/25k正/14.8x21cm/普通級/單色印刷/初版
出版地:台灣
本書分類:自然科普>數學>幾何

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2014年5月29日 星期四

【暢銷書】動手做幾何[Dong Shou Zuo Ji He]*自然科普類*

動手做幾何[Dong Shou Zuo Ji He]~推薦!

作者:黃敏晃
出版社:天下文化
出版日期:2014/05/29
語言:繁體中文

定價:300元

ISBN:9789863204725
規格:平裝/240頁/14.8x21cm/普通級/單色印刷/初版
出版地:台灣
本書分類:自然科普>數學>幾何

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【Author】作者/繪者/著者/譯者

作者簡介

黃敏晃


  美國印地安納州普度大學(Purdue University)數學哲學博士。國立台灣大學數學系副教授(1998年退休)。

  1974年及1993年小學數學課程標準委員會召集人,並在上述課程標準下國立編譯館出版之小學數學教科用書編輯小組擔任召集人。

  2001年九年一貫國中小學數學課程暫定課綱委員。

  1972年及1985年國中數學課程標準委員會委員,並在上述課程標準下國立編譯館出版之國中數學教科用書編輯小組擔任組員。

  1971~73年編寫完成一套高中數學教科書《新編高中數學》。

  1992年和好友朱建正教授合力推展「數學步道」之概念與實務。

  編著的一般性書籍有:
  《數學世界中的萬花筒》(牛頓,1986,已絕版)《數學解題規則》(牛頓,1986,已絕版)《數學年夜飯》(心理,1998,已絕版)
  《規律的尋求》(心理,2000)
  《人間處處有數學》(天下文化,2003)
  《讓我們來玩數學吧》(小天下,2005)
  《資優數學的星光大道-玩弄數學問題》(翰品,2011)
  《另類數學教室》(天下文化,2013)
  《生活數學故事》(天下文化,2013)

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【Introduction】簡介/書評/特色/摘要

黃敏晃教授「數學素養系列3」

  你覺得自己的幾何與空間能力好不好?可能有超過半數的人回答「不好」。歸根究柢,無論是一般成年人或是在學的學生,在學「幾何」的時候,90%以上恐怕都用背的,不求理解。這可不是學習幾何最好的方法。

  要學幾何,就要動手操作。《動手做幾何》這本書,是黃敏晃老師為基礎幾何教學的最佳示範,你會看到如何透過遊戲式的、能夠具體操作的活動,以及思考探索,來學到有用的幾何與空間能力。

  學生能力的成長,最要緊的其實不是教材,而是老師跟他所採用的教學法。--黃敏晃

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【Table of Contents】目錄/大綱/內容概要

0.    序
1.    閒話幾何與空間能力
2.    組合正方體的塗色問題
3.    互納盒
4.    正方體的平面截面
5.    人面獅身話複製
6.    漫談平面圖形的變幻
7.    足球和截角正多面體
8.    隱形金字塔
9.    一塊花布
10.    模擬撞球遊戲

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【Preface】序/前言/推薦/心得



  本書收集了十篇跟幾何相關的文章。這些文章的素材、構想和活動設計,大多是我們小組團隊合作的成果。我們每兩週開會一次,熱烈討論如何幫助中、小學生學數學。只是其他人都學孔老夫子「述而不作」,故最後總由我寫出來。團隊成員都是已退休的中、小學數學老師,這裡先謝謝他們。他們是

  戴寶蓮 許文化 林志忠 張凰蕙 陳彩鳳 蔡淑英
  呂玉英 李和淑 宋立忠 楊守容 李信仲 莊月嬌

  他們除了拿文章所描述的材料做實驗教學外,還分擔了出書前最後的校對,繪製正確的圖形,提供附錄上的解答(對書上寫到,但未加處理的題目),以及設計本書會附的一些紙板教具。所以他們實際上是本書沒列名的共同作者。

  數學裡的素材,基本上只有數(含代數)和幾何兩大部門。量可分離散量和連續量,離散量的處理是數的應用,而連續量是用數來表徵幾何物件大小的處理過程和結果。另外,數量關係則是用比較宏觀的角度,來追究和歸納兩個以上的數學物件之間的連結,看看結果對諸多的類型是否有其一致性。

  談到幾何,許多人會聯想到二千多年前古希臘歐幾里得的《幾何原本》。此著作從大家都熟悉的五條公理(postulate)和五條公設(axiom)出發,推論出現代數學裡的歐幾里得空間中的許多精采的定理(theorem)。甚至於外顯不那麼清楚,以及極其複雜的幾何定理(例如,一個三角形的外心、重心和垂心三點共線;此線叫做尤拉線),也可以如此證出。

  由假設出發,純粹用邏輯推論而得到結果的方式,慢慢的變成人類文明最重要的成分之一。所以,世界各國的幾何教學,不可避免的特別強調此典範。但是,形式的推論是很難的,尤其是在推論幾何引入的年段──八、九年級。照筆者知道的資訊,八、九年級的學生論證幾何,90%以上都用背的,不甚理解。

  凡‧希理(Van Hiele)夫婦認為幾何的學習是有階段的,他們提出的五階段論,在現在的數學教育界是大家都熟知的,概述如下:

  第一期為視覺期(Visualization),此期兒童只能就看到的幾何物件之整體外貌,辨認其不同的形體。

  第二期為分析期(Analysis),此期的兒童能經由觀察和簡單的實驗,認識幾何形體的外顯特徵(初期例如有幾個頂點、幾條邊等等),垂直、平行、線段等長、角和形的全等(後期)的掌握。

  第三期為非形式化的推論期(Informal Deduction),此期的學童能做一些簡單的(譬如說三、四步驟)推論,粗略的建立並掌握圖形屬性的一些內在關係,也能夠進一步對幾何形體加以分類。

  第四期為形式推論期(Formal Deduction),此期的學生能夠做比較嚴格的形式論證,即有層次的靠邏輯由已知推到要證明的結果。他們也能夠瞭解並掌握充分和必要條件,以及正逆命題之間的差異等。

  第五期為系統知識期(Systematic),此期可以說是專家期。他們能夠理解幾何的系統是由公理、公設所建立的幾何知識體系,並進一步做各種幾何體系(如歐幾里得空間及非歐氏空間)之間的比較等。

  不難看到,國中、小學的幾何學習大致上是由第一期到第二期(小學),以及由第二期到第三期(國中)。把學生由第三期提升到第四期,應該是高中(也許大學部)的任務;至於到第五期,則只能在大學數學系和研究所才能去講究的。

  如何帶領學生由較低的認知層級,提升到較高的認知層級,這是教育的真正意涵,也是所有數學教師不可推卸的神聖任務。怎麼做?

  以第二期到第三期的情形,我們不能只要求學生做一些無趣的,像考試那樣的推論練習,而要透過遊戲式的,能夠具體操作的活動,期間要求講道理等,才能慢慢達到。本書所介紹的這十篇文章,幾乎都是由遊戲式的活動編織而成的,所以有這樣的功能。希望老師們能夠在自己的課堂中試用看看,學生應該是會喜歡的。

  本書架構

  〈組合正方體的塗色問題〉是適合小學四年級以上的活動,連結了一個正方體(可延伸到長方體)是由8個頂點、12條稜邊和6個面等要素構成的知識。活動中由具體而形式,是最典範的教學活動。

  蔡淑英老師未退休前,和她台北市立教育大學附設實驗小學的同事,用〈一塊花布〉寫了一份教案(她們在事前已做了多年實驗教學),參加教育部第三屆全國特殊教育教材教具輔具暨電腦輔具教學軟體設計的比賽,在教材教具組得到優等獎。教案放在該文後面的附錄,有興趣的讀者可以參考。這份文件也可以幫助本書預期讀者群中最大部分的老師,看到如何將本書中的文章改編成一份可以執行的教案。

  〈互納盒〉的活動牽涉到兩個不同顏色的盒子,可以互相收藏在對方裡面。由這個帶著一點魔術味道的開端,引伸出讓學生探索:如何的條件(長方體盒子的長、寬、高三維需要有怎樣的關係,以及盒子該如何擺置)才能變出這樣的魔法?

  談到魔法,〈漫談平面圖形的變幻〉也有那麼一點味道。內容是將一個正方形切割後重組成另一個正方形,其面積竟然有差異。文章中我帶著一群國中數學老師,探索其中的奧妙:怎樣的切割,如何的重組,會使面積產生多變的變化?

  〈足球和截角正多面體〉是古典的教材。二千多年前,古希臘數學家就知道:只有五種正多面體,即正四面體、正六面體(正方體)、正八面體、正十二面體和正二十面體。他們是用各種正多邊形板,具體拼湊出來的。

  我在小學做實驗教學時也是如此(市面上賣的百力智慧片,已經改進到第四版了,非常好用),但對於國中以上的學生,我堅持他們一定也要用列方程式(很不容易)的方式,形式地計算出來。這是提升他們數學能力的良好機會,我當然不會輕易的浪費掉。

  把正多面體凸出的角,以一致的方式切割掉(如在稜邊的中點或三分之一點),會得到令人驚豔的多種立體造形,足球就是其中一種(正二十面體,在每邊的三分之一點截角)。在本文題材的討論中,出現了如同構(isomorphic)和偶配(duality)等通常只在大學數學系二年級的「高等代數」課才會出現的名詞,讓我們看到了它們所代表的抽象(上述課裡很少給實例)概念之具體案例。

  〈模擬撞球遊戲〉是在紙上畫一個長和寬都是整數單位的長方形,來模擬撞球(假設長方形球檯四角有洞):球在左下洞口以45角擊出,球撞邊後也以45角反彈,若球不會因摩擦力而停止,問(1)球是否一定會進洞?(2)會進哪個洞?(3)進洞前會反彈幾次?
本文描述一群小學六年級的小朋友,在分組合作的狀況下,花了一整個下午,努力解決上述問題的過程。他們經過多次的實驗,歷練了失敗的挫折,也嘗到局部發現的喜悅,最後排除萬難終於成功解題,可以說是個典範的探索過程。

  〈閒話幾何與空間能力〉是本書最早寫就的文章。在我們小組的例會中,閒聊出了共識:我們的中、小學生非常缺乏幾何和空間能力(事實上,大人和外國的狀況也沒好多少,是全球性的通病)。整個上午,我們就圍繞著這個主題閒談,本文算是該次談話的記錄。當然,同時也為本書做了規畫。

  〈正方體的平面截面〉所描述的是,如何利用實驗的手法,解答標題中的截面可以是怎樣的平面圖形?學校裡學過的各種有名有姓的平面圖形,到底哪些會出現?哪些不會出現?若會出現的話,如何讓它出現?不能出現的話,又是為什麼?

  某些現象為什麼「不會出現」?這種題材一般很少在中、小學的制式數學課程中出現。學生因此體驗到不是我們大家都沒辦法弄出來,就不存在,而是透過一些道理來證明不可能出現,用到的知識只是畢氏定理和簡單的式子運算。

  閱讀本文的障礙,在需要道具──一個正方體的透明容器,裝水(滴進紅或藍墨水更清楚)來表徵平面的截面。還好全台大多數的中、小學,都配有一公升的容器,一個邊長10公分的正方體,正好借用。

  比較傷腦筋的是〈隱形金字塔〉,此文中所討論的活動,全要靠一個特別設計製作的道具,它是由我和好友朱建正(已過世多年)幫信誼基金會研發「新數學寶盒」時引進來的。故信誼基金會有獨家權,有時他們還不肯單獨賣此盒教具。

  隱形金字塔是立體版的「七巧板」。七巧板是將一個正方形切割成七塊大家都熟悉的三角形和四邊形;將這些小塊重新拼組,可以得到許多造形。因為造形多樣化(有數百種),可引起小孩探索的興趣,故受歡迎。

  模仿這種做法,將一個正方體切割成十七塊大小不同的兩種三角錐,使我們可用之拼湊出多種立體造形,其中一種就是「金字塔」。其中可以引發各式各樣的討論,增進學生對立體幾何的認識。

  〈人面獅身談複製〉是由一個獨特的平面造形所引發的一系列活動。此平面造形是一個正三角形六連塊(六個全等正三角形連在一起,相鄰的兩個三角形要有一個邊完全重疊),外形有點像埃及金字塔旁的人面獅身而得名(由美國有名的數學科普作家Gardner所命名)。

  活動的一個概念叫做「複製放大」,即把某個平面圖形當作是原形(不能再切割)。好幾個原形是否能拼組成該原形的幾倍放大圖?譬如說,四塊人面獅身可以拼組成一個唯一的兩倍放大圖,叫做四獅。九隻小獅共有四種方式拼組成三倍放大圖,叫做九獅,……。

  是否任何倍數的放大圖,人面獅身都可做到?在討論此課題時我們發現,用兩倍的放大圖做原形,以拼組成九獅的方式,可以拼組出六倍大的放大圖,……。如此把因數分解的概念,和圖形的複製放大,連結在一起,是非常有趣的。

  因此,質數倍的放大複製是解決上述問題的關鍵。我們還找不到證明,說人面獅身的任何倍數的放大複製,是可以或是不可能。但小孩在進行此活動的過程中,又玩出一個花樣,即「獅包含獅」的玩法:大獅(如二十五獅)中是否能含有非最小原形的小獅(如四獅或九獅)?

  我們在實驗教學時發現,若小孩喜歡玩某種活動,玩久了真會玩出一些我們從沒想過的花樣,這才是真正的玩數學。能這樣玩數學的小孩一定喜歡數學,因此,他的數學能力也必然會隨著提高。

  是否任何平面圖形都能做任何倍數的放大複製?學生幫我們找到一個案例,是一個正方形的四連塊,它無法做2倍大的放大複製,但卻可以做4倍大的放大複製。有趣!這方面的資料還非常欠缺,歡迎有興趣的讀者,加入一起玩。

  *   *   *

  學生能力的成長,最要緊的其實不是教材,而是老師跟他所採用的教學法。筆者認為講述教學的效果不彰,故這十篇文章都把我們這群人在多個不同場合,對不同的學生所做的實驗教學,做了粗略的描述。想展現的是讓學生做探索的歷程,學生合作解題,小組和全班性的討論,以及學生碰到困難時老師的介入等,供讀者參考。

  老師要有心理準備,沒有任何的教學活動能立竿見影。即使你清楚告訴學生一些事實和道理,他也暫時可以覆述(表示他有聽懂),一段時間(到考試前)他還是會忘記的。故期待長期努力吧,學生能力的提升,本來就不是那麼簡單的事。


黃敏晃

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ISBN:9789863204725
規格:平裝/240頁/14.8x21cm/普通級/單色印刷/初版
出版地:台灣
本書分類:自然科普>數學>幾何

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逆運作走回頭路

地圖是現代人很重要的工具,故現代教育很強調讀圖的能力。學生在這種能力的培育,並不只是地理課的責任;數學課中的坐標,應該也和讀圖有密切的關係。問題在我們數學老師,常把這種教材教得太形式,使學生完全沒感覺,以至我國公民的讀圖能力不強。

製圖的制式規格是把北方放在視線的上方,南方在視線下方(東和西因此而被定位在視線的右方和左方)。在傳統的讀圖教育(傳統相對於多元觀點,我們曾有位教育部長杜正勝說過,可以把台灣的地圖橫過來看,把東方的太平洋放在上方,大陸放在下方,立刻被人罵個要死,其實他只在凸顯多元觀點而已)下成長的我們,東西南北所形成的十字軸線,在我們腦中已經形成深層的烙印,這和專司平行垂直的腦細胞,會幫我們建構出互補的方位系統。所以,題目中有關東、西、南、北的方位描述,對我們都變得簡單。

從認知的角度來說,以東西南北為腦中參考坐標的主軸,則東南、西北等只是做這些主軸之90角的平分線而已。任意角的「角等分線」其實並不容易做,但是45角是一般人從小就從三角板上熟知的「特別角」,故東北、西南等的方位,也算是不難的啦。

在我們的討論有談到另一種迷路的狀況,牽涉到「逆運作」的思考模式。比如說,你從某個入口進入一個幅員遼闊的地區,沿著一條路線作了部分的參觀,由於時間的限制你必須沿來路回去;若這不是你熟悉的場域,地形路線又稍嫌曲折複雜,則這不見得是容易完成的任務。

筆者夫婦就曾在澳洲的雪梨動物園,如此迷過路。由於當天早上我們先趕了個行程,下午才去動物園。該園依山傍水占地甚大,到了傍晚才覺悟到走不完,於是想沿來路出園。但來時沒特別注意路標(land mark),左、右轉的時機和順序也沒記。所以,逆向走回頭路時,實在亂無章法,難怪迷路。

通常迷路的最佳解法,是「路在嘴上」即問人。但當天非例假日,遊客本少,時間又晚到關園前,半個遊客也不見,只好慢慢摸索,最後是被園方的巡邏人員找到(他們有入園、出園人數的電腦點算機制,故知有人留園內)。我們表達謝意後,園方人員表示這是他們的責任,因為他們怕我們會傷害園內動物(而非怕我們被動物傷害)!

走回頭路這樣任務,在我們的認知上可以說是「逆運作」,其項目可分成如下幾個:

ISBN:9789863204725
規格:平裝/240頁/14.8x21cm/普通級/單色印刷/初版
出版地:台灣
本書分類:自然科普>數學>幾何

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資料來源:[博客來BOOKS網路書店] http://www.books.com.tw/exep/assp.php/ap/products/0010637612?utm_source=ap&utm_medium=ap-books&utm_content=recommend
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2013年6月27日 星期四

【暢銷書】3小時讀通幾何[3 Xiao Shi Du Tong Ji He]*自然科普類*

3小時讀通幾何[3 Xiao Shi Du Tong Ji He]~推薦!

作者:岡部恆治、本丸諒
譯者:雲譯翻譯工作室
出版社:世茂
出版日期:2013/06/27
語言:繁體中文

定價:260元

ISBN:9789866097928
叢書系列:科學視界
規格:平裝/208頁/15x21cm/普通級/全彩印刷/初版
出版地:台灣
本書分類:自然科普>數學>幾何

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【Introduction】簡介/書評/特色/摘要

  日本數學協會副會長,教你從簡單的圖形入門,將幾何帶入數列、濃度的運算,挑戰圓與π的不可思議,認識畢達哥拉斯定理與三角函數的智慧,進而敲開微積分大門!

  「只要會畫圖,就會幾何!」
  「證明題不再是難題!」
  「體驗幾何解題樂趣!」

  透過「用畫圖來表示」的方式,將複雜的內容具體化,學會看穿「問題本質」的能力。

  從理論到實際應用,甚至艱深的「三角函數」與「微積分」也變得有趣了!

作者簡介

岡部恆治

  日本東京大學理學系研究所畢業。曾任埼玉大學經濟學系教授,現任埼玉大學名譽教授,日本數學協會副會長。1999年出版《不會做分數運算的大學生》(共同編著,東洋經濟新報社出版),引發日本社會對學習能力低落現象之討論,於2006年獲得日本數學協會出版獎。著有《漫畫幾何入門》、《漫畫微積分入門》(講談社)等,撰寫多本以全新角度切入問題的暢銷書。

本丸諒

  橫濱市立大學畢業。日本數學協會會員。曾於出版社就職,並因而開啟數學科普作家的生涯。善於將概念由繁化簡,將錯綜複雜的內容簡要說明,自稱為「超翻譯」的寫作者。

譯者簡介

雲譯翻譯工作室

  學日文很久的台灣人們+學中文很久的日本人,一群台師大學生在因緣際會下開始了翻譯生涯。期望用最簡單明瞭的表達,將日本世界的魅力化作熟悉文字,讓大眾能認識更多的未知,也希望再次藉由日文,來尋找願意與我們結緣的你。連絡方式:maogouhome@gmail.com

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【Table of Contents】目錄/大綱/內容概要

序───3

第一章 幾何學入門
1-1 幾何是從哪裡來的?意義為何?
1-2 《幾何原本》的「點」、「線」、「面」
1-3 提高一個次元,解題立刻變簡單?
1-4 圓為什麼是360°?弧度又是什麼?
1-5 平行線竟然會相交…反思解題法!
1-6 簡化「內角和180°」的證明方法!
1-7 以轉鉛筆法測量角度
專欄:質疑歐幾里得?「幾何學中有帝王之路」的異想!

第二章 幾何的基礎在「變形」
2-1為什麼長方形面積是長×寬呢?
2-2面積不變,變成簡單的圖形
2-3改變形狀,簡化題目
2-4從三角形面積導出「數列公式」
2-5用面積思考鶴龜算,題目立刻變簡單
2-6食鹽水的濃度也能以面積法求出?
2-7蜂巢與狄利克雷圖
2-8三角形很堅固,四邊形比較弱
專欄:1796年3月30日發生的事情,解決了高斯對未來的煩惱

第三章 挑戰!不可思議的圓與π
3-1測量曲線的土地面積
3-2古埃及是用正方形來求圓面積?
3-3向萊因德紙草書的圓面積問題挑戰!
3-4用阿基米德窮盡法計算圓周率
3-5以直覺認識「圓的面積」
3-6 以重量求出圓周率的新方法!
3-7用牙籤求圓周率─布豐投針
3-8試證明圓周率比3.1大…
3-9內圓周和外圓周相差多少?
3-10克卜勒之從樸實的窮盡法發現了大世界!
專欄:阿基米德故意把錯誤的定理寫在信裡…

第四章 畢達哥拉斯定理與三角函數的智慧
4-1畢達哥拉斯定理是幾何學瑰寶!
4-2「無理數」誕生於幾何世界
4-3土地測量師與直角三角形
4-4頭腦體操:畢達哥拉斯定理的證明
4-5用三角形記憶sin、cos、tan
4-6運用廣泛的正弦定理、餘弦定理
4-7用木工角尺計算路徑
專欄:畢達哥拉斯「派」定理?

第五章 輕輕鬆鬆學會體積
5-1三角錐是角柱的1/3,實際體驗!
5-2卡瓦列里原理
5-3用卡瓦列里原理求出球體積!
5-4如何計算球的表面積
5-5推論地球的重量
5-6用圓頂平台求山的體積!
專欄:關孝和─將日本獨有的和算,提高至世界級

第六章 圓形的全等與相似
6-1全等與相似的誤解
6-2三角形的全等條件與相似條件
6-3利用相似測量金字塔高度
6-4以「空間圖形比」求出金字塔高度
6-5用棉紙測量樹的高度
6-6拋物線皆相似
6-7線對稱、點對稱
6-8徽章設計的對稱性問題
專欄:數學家泰勒斯的智慧

第七章 用積分求曲線面積
7-1估計數學島的面積
7-2數學島的真正面積
7-3曲線和直線所包圍的面積
7-4以積分算「區間」面積
7-5以積分計算Xn
7-6用切片來計算體積
7-7用積分求迴轉物體的體積
7-8證明圓錐體積「恰好是圓柱的1/3」
專欄:牛頓是「最後的蘇美人」?

第八章不可思議的「幾何宇宙」
8-1拓樸學是橡膠幾何學
8-2變形地圖是「切近本質」的拓樸學發想
8-3以「一筆畫發想」解開艱深問題
8-4「非歐幾里德」的新式幾何學
8-5拒絕菲爾茲獎與一百萬美元的數學家
8-6碎形為「自我相似」的幾何學
專欄:歐拉給公主的信-「幾何學中的帝王之路」
索引

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ISBN:9789866097928
叢書系列:科學視界
規格:平裝/208頁/15x21cm/普通級/全彩印刷/初版
出版地:台灣
本書分類:自然科普>數學>幾何

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第1章幾何學入門

1-1幾何是哪裡傳來的?什麼意思?


「幾何?雖然我完全不懂微積分,但幾何都是跟圖形有關的,所以還蠻喜歡的。」令人意外地,喜歡幾何的人似乎不少。在國中時期的數學,只要加一條輔助線,就能痛快解開幾何問題,具有這種魅力。

但是,在討論幾何之前,你不覺得「幾何」是個很怪的名詞嗎?為什麼會出現這種名詞呢?

回溯歷史,古埃及地區常有尼羅河氾濫的問題,就如「埃及是尼羅河的贈禮」這句話所說,尼羅河的定期氾濫,促成了埃及地區在天文學等方面的發展。

除了天文學,埃及的數學,尤其是幾何學,也有蓬勃的發展。尼羅河的氾濫,使得土地規劃運用必須重來,所以人們必須重新測量土地。「土地測量」在古希臘語(土地γη、測量μεϰρεω)中,叫做geo(土地)metry(測量),一般認為,geo的發音到中國變成「幾何」,而「幾何」這個詞傳到日本,就變成「きか」(KIKA)這樣的發音了。

源於土地測量的幾何學,是在求取三角形、四邊形、圓或四角錐(金字塔)等圖形面積或體積,在探究的過程中,慢慢連結起來的學問。

幾何學的進一步應用,包括橡膠幾何(拓撲學),以蕨類植物的葉脈或河川的分布為對象的碎形幾何學,敘述宇宙形狀的龐加萊猜想等,可見幾何果然是「最先端的數學」啊。

1-2《幾何原本》中記載的「點」、「線」、「面」

歐幾里得是西元前300年時期的數學家,他將在希臘時代所有數學的討論成果,都統整歸納成《幾何原本》一書。

在《幾何原本》中,先列舉出嚴密的「定義」,再舉出不須證明的公認「公理(公設)」,並詳細介紹近500個經定義與公理驗證過的「定理」,這樣的步驟非常科學。

在《幾何原本》中,歐幾里得對於「幾何起點」的「點」、「線」、「面」,作出了不同於人們日常生活中所感受到的定義。

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ISBN:9789866097928
叢書系列:科學視界
規格:平裝/208頁/15x21cm/普通級/全彩印刷/初版
出版地:台灣
本書分類:自然科普>數學>幾何

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資料來源:[博客來BOOKS網路書店] http://www.books.com.tw/exep/assp.php/ap/products/0010591816?utm_source=ap&utm_medium=ap-books&utm_content=recommend
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