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第5章 数学其实很好玩(4)

幻方与占卜算卦

幻方最初似乎只是一种“思维体操”,可以培养人们学习数学的兴趣,有助于开发智力、拓宽思路。随着社会的进步和国际间文化的交流,各国数学家都先后开始了对幻方结构的研究。

到了近代,幻方已经成为组合数学研究的一个有趣课题。特别是从上世纪电子计算机出现之后,幻方已经在图论、程序设计、实验设计、对策论、概率统计、人工智能以及工艺美术等方面得到了广泛的应用。

但有些奇怪的是,很多人把幻方看成是一个神秘的魔方阵,认为它与占卜算命有关,甚至在某些地区还有人把它当做护身符。在中国,幻方更有着特殊的意义,因为它出自《易经》,在这部算命先生们奉为圣典的古籍中有明确记载,再加上它本身的神秘性,这就是占卜算卦的人把它画在方布上面的原因。

洛书与河图

与河图相比较,洛书标志着中国原始文化的更高成就。洛书只用了9个自然数(而河图则用了10个),排列成一个正方形,形成华夏历史上影响深远的九宫图且结构奇妙,其无穷变化令中外数学家为之叹服!洛书开了幻方世界的先河,成为组合数学的鼻祖。数学家华罗庚对洛书非常推崇,称“洛书可能作为我们和另一星球交流的媒介”,因为另一星球的生命只要对着数数就行了,不必依靠任何语言。

数学世界里的条形码

我们到超市买东西时,收银台的服务员总要拿出一个能够发出红光的小物体,对着我们商品后面的条形码进行扫描,然后商品的价格就会清清楚楚地显示在屏幕上。

条形码是一组平行排列的、宽窄不同的黑白条纹,在我们的日常生活中应用得非常广泛。在普通的生活用品包装上,在正式出版发行的书刊、杂志的封底上,都可以看到条形码。

条形码与异想天开的想法

条形码技术是随着计算机与信息技术的发展和应用而诞生的。它是集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一身的新型技术,它能够经济、快速、准确地收集和传递信息。说得简单点,条形码的用途就是传递信息。

最早被打上条形码的产品是箭牌口香糖。条形码技术最早产生在20世纪20年代,诞生于威斯汀豪斯实验室里。一位名叫约翰·科芒德的性格古怪的发明家“异想天开”地想对邮政单据实现自动分拣。

他的想法是在信封上做条码标记,条码中的信息是收信人的地址,就像今天的邮政编码。为此科芒德发明了最早的条码标志,设计方案非常的简单(注:这种方法称为模块比较法),即一个“条”表示数字“1”,二个“条”表示数字“2”,以此类推。然后,他又发明了由基本的元件组成的条码识读设备:一个扫描器(能够发射光并接收反射光);一个测定反射信号条和空的方法,即边缘定位线圈;和使用测定结果的方法,即译码器。此后不久,科芒德的合作者道格拉斯·杨,在科芒德码的基础上作了些改进。

“科芒德”码所包含的信息量相当的低,只能对十个不同的地区进行编码,并且很难编出十个以上的不同代码。而“杨”码使用更少的条,却可在同样大小的空间对一百个不同的地区进行编码。

常用的条形编码

目前世界上常用的码制有ENA条形码、UPC条形码、二五条形码、交叉二五条形码、库德巴条形码、三九条形码和128条形码等。汽车工业选用的是Code39码,这是对世界汽车业技术导向有一定作用的AIAG规定的汽车行业标志规范。而商品上最常使用的是EAN商品条形码,它也被称为通用商品条形码,由国际物品编码协会制定,通用于世界各地,是目前国际上使用最广泛的一种商品条形码。我们国家目前推行使用的也是这种商品条形码。EAN商品条形码分为EAN-13(标准版)和EAN-8(缩短版)两种。

未来——条形码的世界

有时候,我们会看到条形码不能被识读,收银台的服务员就会把条形码上的数字挨个地输入电脑,于是条形码又变成机器能够识别的“语言”了。这就是条形码设计人员考虑周到的地方。当条形码识读设备出问题时,就可以用人眼去识别,所以在各种条形码中都加有供人去识别的字符。因此,条形码的组成并非只有宽窄不同的竖条和空格,还有相对应的字符。根据条形码的外观特征,国外有的将之称为棒码、宇宙线、斑马线等。

使用条形码扫描是今后市场流通的大趋势。为了使商品能够在全世界自由、广泛地流通,它的编码就要有一个统一的规范。世界上不少行业或团体都规定了自己的条形码使用规范,企业无论是设计制作、申请注册还是使用商品条形码,都必须遵循商品条形码管理的有关规定。

数学史上的最大冤案

在自然科学领域,有不少公式和定律是以发现者的名字命名的,而数学史上的“卡尔丹诺公式”的命名则是一桩地地道道的冤案。

“卡尔丹诺公式”是真还是假

人类很早就掌握了一元二次方程的解法,但是对一元三次方程的研究,却进展缓慢。古代的中国、希腊和印度等地的数学家都曾努力去钻研过一元三次方程,但他们所发明的几种解法只能解决特殊形式的三次方程,对一般形式的三次方程就不适用了。

16世纪的欧洲,随着数学的发展,一元三次方程也有了固定的求解方法。在很多数学文献上,把三次方程的求根公式称为“卡尔丹诺公式”,意思是说它是由卡尔丹诺这位意大利数学家发现的。那么,事实真的是这样吗?

被淹没的真相

数学史上最早发现一元三次方程通式解的人,其实是16世纪意大利的另一位数学家尼柯洛·冯塔纳。尼柯洛·冯塔纳在10多岁时,被入侵意大利的法国兵砍伤,差点丢了命,和他在一起的父亲却遇害身亡。虽然冯塔纳捡回了一条命,但舌头上的伤却使冯塔纳一辈子都咬字不清,人们给他起了个绰号:塔尔塔里亚(结巴子)。久而久之,塔尔塔里亚成了他的大号,真名反而没人记得了。以至在后来的很多数学书中,都直接用“塔尔塔里亚”来称呼冯塔纳。

没了父亲,母亲也无力供他念书,但冯塔纳通过艰苦的努力,终于自学成才,成为16世纪意大利最有成就的学者之一。

经过多年的探索和研究,冯塔纳利用十分巧妙的方法,找到了一元三次方程一般形式的求根方法。不过那时候的学者们很自私,他们一旦有所发现就会严守秘密,并向对手挑战,以此成名。这有点像中国武侠小说中的武林高手,总喜欢打败别人来证明自己的领袖地位。冯塔纳找到了一元三次方程的求根方法后,另一名数学界的名人弗里奥便向他发出了挑战,这位名人压根不信冯塔纳这个乡巴佬也会解三次方程。于是,双方在1535年2月22日那天来了一次“华山论剑”,结果冯塔纳大获全胜。此次较量使他从此名震欧洲,登门求教的人络绎不绝,冯先生自然是严守秘密,不愿将他的这个发现公之于众,只准备以后发表在自己的大作里。

秘密泄露在花言巧语之下

当时另一位数学家卡尔丹诺对冯塔纳的发明极感兴趣,可是几次登门求教都被拒绝。不过这位先生挺执着,又能说会辩,经过几次甜言蜜语的轰炸,终于把冯先生灌得晕乎乎的,从而得到了想要的东西。这位卡先生倒也真是位人才,悟性极高,他通过解三次方程的对比实践,很快就彻底揭晓了冯塔纳的秘密,然后将之写进了自己的大作《大法》中,但并没有提到冯塔纳的名字。冯塔纳被激怒了,要与卡尔丹诺在米兰城公开辩论。没想到卡尔丹诺那边有一大帮信徒,他们反诬冯塔纳剽窃卡先生的成果。冯塔纳找不出有效的证据来表明自己的清白。而且,为了让冯塔纳永远闭嘴,卡尔丹诺竟然雇凶杀人,冯塔纳就这样被冤死了。不过,也有人说,冯塔纳预见到了卡尔丹诺很可能杀他灭口,在辩论当天趁着夜色逃出了米兰城。

后来,了解真相的人们逐渐把“卡尔丹诺公式”称为“塔尔塔里亚—卡尔丹诺公式”,历史终于还了它本来的面目。

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