打發(fā)業(yè)余時間的方法有很多,追劇的、看小說的、練書法的、學(xué)跳舞的……不過,我從來沒見過業(yè)余時間學(xué)數(shù)學(xué)的。這是因為學(xué)數(shù)學(xué)的大腦中樞是人的痛苦中樞,大腦在處理數(shù)字和感受針刺是同一片區(qū)域,所以有的人學(xué)數(shù)學(xué)就頭痛,這導(dǎo)致他們對數(shù)學(xué)產(chǎn)生天生逃避反應(yīng)。越逃避,自然就越難學(xué)。不過今天老郭想用一種比較溫柔的方式,以離散量和連續(xù)量為例,療愈這種數(shù)學(xué)頭痛。
一、多少個和多少
我們可以說書架上有多少本書,但不能說杯子里有多少個水,對于水只能說多少而不能說多少個,因此多少個和多少的意義是不一樣的。
書是分離、獨立存在的,數(shù)學(xué)上把很多這樣的分離的物體的集合叫做集,我們在數(shù)數(shù)目的時候,回答的時候要帶上單位,比如書的單位是本,蘋果則是個,羊可以用只等等,這類東西就稱作離散量。
與這些帶單位的離散量相比,測量有多少水這樣的量就稱作連續(xù)量。因為杯子里的水不是一個個分離的,而是連續(xù)變化的(不考慮物質(zhì)的可分性)。不論杯子里的水分到多么微量也是水,不改變。把兩杯水倒入同一個大杯中,是一大杯水,也沒有接縫。像水這樣能夠自由地分開和結(jié)合的東西就被稱為連續(xù)量。
二、離散量和連續(xù)量的轉(zhuǎn)換
在生活中離散量和連續(xù)量也不是絕對的。我的母親跟我說過這樣一件事,當(dāng)年自然災(zāi)害的時候(1962年),家里有一小碗黃豆,可是全家有8口人,不夠分,姥姥吧黃豆做成了豆?jié){,這樣所有人就都能吃到黃豆了。姥姥把離散量的黃豆,變成了連續(xù)量的豆?jié){,從而解決了分黃豆的難題。
就像姥姥分黃豆這個例子那樣,數(shù)學(xué)中的離散量和連續(xù)量概念是隨著人類進(jìn)化過程,在生產(chǎn)和生活中自然形成的。像摘果子這種,有自然數(shù)1、2、3……就夠了,但如果是一個部落有30人,出去打了1頭牛,7只羊這種情況,就需要把離散的量變成連續(xù)的量才好分。
三、連續(xù)量的測量
是不是感覺回到了老郭擅長的物理啊,事實上,數(shù)學(xué)是一種抽象的思維方法,當(dāng)然也包含著對物理操作的抽象。如前文所說的,那些離散的量,我們對其的操作是數(shù)(讀屬),而對于連續(xù)量,我們就需要進(jìn)行測量。
比如隨便抓兩把黃豆比較那邊的多,就可以找來兩只碗,分別一個個放入黃豆,最后那邊有剩余那邊就多。但對于不可以數(shù)的連續(xù)量就不能這樣操作了。比如比較兩個人的身高,你可以讓他們站在一起,誰的個頭高一眼就能看出來。但如果是比較兩個樓盤中的兩棟樓,就不能把它們湊一塊比較。
既然不能直接比較,自然就產(chǎn)生了間接比較的需要,出于間接比較的需要,就產(chǎn)生了單位。比如長度、時間、質(zhì)量都是如此。隨著不同地區(qū)的人大范圍的比較需要,就產(chǎn)生了對于最基本的度量單位進(jìn)行統(tǒng)一的需要,這種情況在中國秦朝的時候就出現(xiàn)了,叫做統(tǒng)一度量衡。
以測量距離為例,有一張弓的射程是150步,你自然會想到的是,把射程分割成150份,這里面的“步”就是最基本的測量單位,所以說測量離不開分割,連續(xù)量的測量,就是要把連續(xù)量分割成離散量進(jìn)行數(shù)數(shù)后的比較。
四、連續(xù)量的表示方法
還是以前面那張弓為例,測量實際射出去的箭的射程會發(fā)現(xiàn),每次發(fā)射,射程都不是在精確的150步,可能會遠(yuǎn)一點,也有可能會近一點。那么差的那點怎么辦呢?其實也好辦,就是找來一根繩子長度等于標(biāo)準(zhǔn)步長的繩子。
通過折疊繩子使得折疊后的長度剛好等于差的那點距離就可以了。如果繩子被折成7折,那么這張弓本次發(fā)射的距離可以是150右1/7步或者是149右6/7步。很顯然,用這樣方法得到的是一個用分?jǐn)?shù)來表達(dá)的連續(xù)量。
然而,用分?jǐn)?shù)來表達(dá)一個連續(xù)量并不直觀。回憶一下初中數(shù)學(xué)中我們學(xué)到的實數(shù)軸,就是一根標(biāo)記有零點、正方向、兩端無限延伸的直線。由于直線是連續(xù)的,可以無限細(xì)分下去的,這樣就是不論多少都能分割。
而直線上點的位置,可以用小數(shù)來表示。比如身高是176厘米,可以表示成1.76米。用這樣的表示方法,別說是比較兩個樓盤中樓宇的高度,就是去比較兩個星球上山峰的高度也行。同樣的,所有的連續(xù)量都可以用這樣的數(shù)軸來表示,或者用它在數(shù)軸上的坐標(biāo)(數(shù)字)來表示。
結(jié)束語
相信您看到這里應(yīng)該明白了,數(shù)學(xué)中的離散量和連續(xù)量是真實存在的,它們是具有離散性質(zhì)和連續(xù)性質(zhì)的所有物體的高度抽象。希望看完本篇文章的您,能多少療愈一些數(shù)學(xué)逃避反應(yīng),也祝您能在數(shù)學(xué)的海洋中——乘風(fēng)破浪。
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