本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
還沒有感受到“數學意識月”的魅力嗎?這裡有三個謎題來幫助你入門
1. 什麼東西正著看和倒著看都一樣,並且結合了數學、藝術和語言?當然是雙向圖,就像這個一樣
2. 如何將一個 5x13 的矩形切割成 4 塊,然後重新排列成一個 8x8 的正方形?(反過來做是否可以將一塊 8x8 的巧克力變成一塊 5x13 的巧克力?)點選下面的連結圖片,你就會找到答案
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3. 用一刀直線可以把百吉餅(或甜甜圈)切成多少塊?顯然是兩塊。那麼用兩刀呢?如果你小心地最大化切割效果,結果是六塊。如果允許三刀平面切割,那就更棘手了:這個挑戰是由著名的數學普及者馬丁·加德納 (Martin Gardner) (1914-2010) 在他早期擔任《大眾科學》專欄作家時提出的。令人驚訝的答案在下面的圖片中揭曉(更普遍地說,如果允許切割 n 刀,百吉餅(或甜甜圈)最多可以切成多少塊?是否有公式?)
你開始感興趣了嗎?加德納希望如此。正如他在 Mathematical Carnival (Knopf,1975)的引言中寫道,這是他的 大眾科學 專欄的十五本合集之一,“在我看來,讓學生和外行人對數學感興趣的最佳方式是以玩樂的精神來接近它。”
這當然是今年數學意識月(MAM)的方法,其主題是數學、魔術和神秘——呼應了加德納早期一本有影響力的著作的書名。MAM 的創立是為了提高公眾對數學的理解和欣賞。
從某種意義上說,MAM 正在將加德納介紹給早期幾代人的有趣主題,以數字時代的受眾為物件,推出許多更新的多媒體版本,這些主題既包括 Mathematics, Magic and Mystery (Dover,1956),也包括他傳奇的 300 多篇 大眾科學 專欄文章。
這些主題涵蓋了幻方、結和辮子、幾何消失、數學紙牌魔術、六角彈性體和多米諾骨牌,到悖論和光學錯覺、彭羅斯瓷磚和曼德勃羅集。今年是這位多產作家誕辰一百週年——他還給我們留下了 100 多本書——幾十年來,他激勵著各個年齡段的愛好者深入研究數學。正如威斯康星大學麥迪遜分校的數學家喬丹·艾倫伯格 (Jordan Ellenberg) 在他最近為《華爾街日報》撰寫的加德納回憶錄書評中寫道
“加德納本能地理解,數學比課堂上允許的更大、更豐富、更有趣。在 20 世紀,他比任何人都更努力地將這個資訊傳遞給公眾。”
為了強調這一點,MAM 在 4 月 1 日星期二啟動,推出了一系列來自冉冉升起的數學單口喜劇明星伊桑·布朗 (Ethan Brown) 的影片——他只是一個九年級學生——關於定製幻方構建
正如這次啟動儀式所暗示的那樣——本月每天都會揭曉 30 項活動中的第一項——MAM 希望能夠吸引高中生及其老師,以及大學院校的學生和教師。每個主題都以引人入勝的影片開頭,然後進行討論(和更多影片),深度不斷增加。總會有值得期待的東西,以及適合從中學生到中年人及更年長者的所有人的東西!正如蘭多夫-梅肯學院 (Randolph-Macon College) 的共同組織者布魯斯 (Bruce) 和伊芙·託倫斯 (Eve Torrence) 所說
“我們努力彙集了一系列引人入勝的魔術和神秘事物,所有這些都基於同樣令人驚歎的數學思想。我們召集了頂級的魔術師和數學家來展示這些材料。簡而言之,我們非常興奮能夠與世界分享這一資源,並慶祝每個數學‘啊哈!’時刻所帶來的發現精神。”
MAM 也在廣泛使用社交媒體。有一個 Twitter 賬號 @MathAware,一個 Facebook 頁面,以及幾個預定的由 Google Hangouts on Air 提供支援的互聯教室活動。影片群聊已存檔在 YouTube 上,每日活動網頁將保持活躍,以便學生和教師可以在未來隨時返回並探索它們。
第二天,美國數學協會 (MAA) 的駐地數學家 詹姆斯·坦頓 (James Tanton) 揭開了反直覺的結和辮子,表明與第一印象相反,左側的雙縫影像可以轉化為右側的結狀影像,而無需任何作弊
第七天,數學影片資深人士維·哈特 (Vi Hart) 重點介紹了一系列關於六角彈性體的思考——這是加德納在 大眾科學 的第一個重大成功——她關於這個主題的四部創新作品已經吸引了超過 800 萬次觀看。
哈特的父親,紐約州立大學石溪分校 (SUNY Stony Brook) 的數學家兼雕塑家喬治·哈特 (George Hart),在第 11 天對百吉餅切片有不同的見解,展示瞭如何將這種形狀切成兩個互鎖的小百吉餅,或者切成類似椒鹽捲餅的結狀結構
第 13 天展示瞭如何建立你自己的雙向圖。有幾天探索了斐波那契數列的魔力和神秘之處,從它們在令人費解的紙牌魔術中的應用(第 3 天,重點介紹我的創作)到面積守恆悖論——正如已經暗示的那樣,這暗示了一種生產免費巧克力方塊的方法——再到黃金分割的時尚與謬誤,由斯坦福大學的基思·德夫林 (Keith Devlin) 主講,他也被稱為 NPR 的“數學人”。
月中,數學家道格·恩斯利 (Doug Ensley) 討論了一種巧妙的解決方法,供熱衷於探索基於臭名昭著的完美法羅洗牌的紙牌魔術的人們使用。在本月晚些時候,期待一個來自 1970 年代的經典紙牌魔術的愛國主義衍生品——由數學家馬丁·克魯斯卡爾 (Martin Kruskal) 開發——加德納首先將其帶給公眾關注。這一次,它作為《數學家讀報》作者、天普大學 (Temple University) 的約翰·艾倫·保羅斯 (John Allen Paulos) 證明《獨立宣言》保證“幸福”的跳板——這是一個精彩的貢獻。
MAM 中探索的一些主題純粹是數學的,另一些是具有數學基礎的魔術,還有許多兩者兼而有之。它們共同擁有的都是一種神秘感。雖然傳統的魔術和幻覺技巧依賴於手法和誤導,但藉助數學,事實證明任何人都可以表演神秘的紙牌魔術或用定製的幻方進行娛樂。還有一些複雜、神秘的活動也大量借鑑了數學——我們中的許多人只能作為旁觀者驚歎——例如雜耍和閃電般的快速心算。
在本月接近尾聲時,普林斯頓大學 (Princeton) 數學家約翰·H·康威 (John H. Conway) 將親自解釋他著名的末日演算法,用於計算歷史上任何日期的星期幾(一旦你掌握了這一點,你就能算出馬丁·加德納出生的 1914 年 10 月 21 日是星期三)。
鼓勵所有年齡段的 MAM 參與者在此處分享他們計劃和完成的體驗此處。另請訪問 MAM 新聞頁面以獲取 MAA 資源,以及此頁面以獲取美國數學學會 (American Mathematical Society) 資源。
MAM 活動旨在讓新一代人參與數學,引導所有年齡段的人們獲得他們自己的神奇而神秘的啊哈!時刻。正如加德納本人也在《Mathematical Carnival》的引言中寫道,“喚醒學生的最佳方式當然是向他展示一個有趣的數學遊戲、謎題、魔術、笑話、悖論、模型、五行打油詩,或許多其他無趣的老師傾向於避免的東西,因為它們似乎很輕浮……。”對此我們表示,阿門!
圖片由數學意識月和 www.martin-gardner.org 提供。