趣味学数学

趣味学数学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

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出版者:人民邮电出版社 作者:[美]邦尼•埃弗巴克 出品人: 页数:407 译者:吴元泽 出版时间:2016-8 价格:79.00元 装帧:平装 isbn号码:9787115429377 丛书系列:图灵新知
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具体描述

学生如何能在一两个学期里获得对于数学的感觉?本书尝试了一种基于趣味数学(趣题、谜题和游戏)的新方法:通过趣味数学引入一些重要的数学概念,并鼓励学生主动参与到解题过程中。事实证明,这种方法不仅激发了学生的热情,还让他们知道了数学不只是数字和运算:数学还是一种思考方式,它是一种解决问题的策略。并且更为重要的是,学生学会了如何批判性地思考。

本书各章相互独立,分别涵盖逻辑、代数、数论、图论、二人策略游戏、单人游戏和谜题,以及概率论等话题。在每章中,“例题”用以吸引读者兴趣,并引出话题(例题的解答在正文中给出);“练习”使读者巩固刚学过的数学概念;“习题”则给读者以挑战,并培养解决问题的能力。在全书最后,“提示和解答”给出了部分练习或习题的提示或完整解答,“部分问题答案”则给出了大部分题目的参考答案。

本书可作为大学文科数学的教材或参考读物,也适合作为初高中生的课外读物。而书中包含的近五百个趣味数学问题相信也会给广大数学爱好者带来不少挑战和愉悦。

迷宫中的几何:探索空间与逻辑的奇妙之旅 书籍名称: 迷宫中的几何 作者: [此处留空,或使用一个虚构的专业人士姓名,例如:林远山] 出版社: [此处留空,或使用一个虚构的出版社名称,例如:知行文汇] --- 导言:超越二维的限制 人类对“空间”的感知,远比我们日常生活中所见的平面要复杂得多。从古老的巴比伦泥板上的测量,到现代粒子物理对多维时空的猜想,几何学始终是理解世界结构的核心语言。《迷宫中的几何》并非一本枯燥的定理汇编,而是一场邀请读者深入探索那些隐藏在日常现象背后、由线条、曲面和拓扑结构构筑的奇妙迷宫的探险。 本书的核心理念是:空间不仅仅是容器,它本身就是信息。 我们将带领读者暂时放下那些刻板印象中僵硬的直角与完美的圆,转而关注那些充满弹性和变形可能性的“柔性几何”。本书旨在揭示几何学在不同尺度上——从微观网络的构建到宇宙尺度的弯曲——所扮演的关键角色,并强调逻辑推理和空间想象力如何成为解决现实难题的强大工具。 --- 第一部分:欧几里得的阴影与非欧的曙光 我们从基础开始,但不会止步于欧几里得的五大公设。本部分将批判性地审视我们对“直线”和“平面”的直觉认知。 第一章:线性的幻觉 空间的约定: 为什么在柏拉图的时代,直线被视为最完美的形态?我们将探讨古希腊数学家如何通过公理化方法建立了稳固的几何体系,以及这种体系的内在局限性。 平行线悖论的解构: 深入探讨巴尔雅伊和罗巴切夫斯基如何挑战“过直线外一点有且只有一条平行线”的公设。我们将详细阐述双曲几何的基本特征——三角形内角和小于180度,以及这种几何结构在地图投影和计算机图形学中的实际应用。 球面上的航行者: 介绍椭圆几何(黎曼几何的初级形式),即在球体表面进行测量。探讨最短路径(大圆)的概念,以及它如何解释地球表面的航线规划问题。 第二章:曲率与测地线 本章聚焦于“曲率”这一核心概念,它是衡量空间偏离平坦程度的指标。 高斯之证: 引入高斯关于“绝妙定理”(Theorema Egregium)的讨论。理解为什么曲率可以在不离开曲面的情况下被确定,这对于理解二维流形至关重要。 引力的几何解释: 简要介绍爱因斯坦的广义相对论,并非侧重于物理公式,而是强调“物质告诉空间如何弯曲,空间告诉物质如何运动”的几何本质。我们将通过著名的“光线弯曲”实验,直观感受时空几何的强大解释力。 鞍点与瓶颈: 分析正曲率(如球面)和负曲率(如马鞍面)的差异,并探讨它们在建筑设计和工程材料中的潜在应用。 --- 第二部分:拓扑学的魔术:不变性的艺术 如果说传统几何学关注度量(长度、角度),那么拓扑学则关注“不变性”——在连续变形下保持不变的性质。这是本书最具趣味性和想象力的部分。 第三章:咖啡杯与甜甜圈的对话 拓扑学的定义: 什么是拓扑等价?我们将用拉伸、挤压、弯曲而非切割或粘贴的规则,来定义“同胚”。 著名的等价性: 深入剖析咖啡杯和甜甜圈(环面)为何在拓扑学上被视为“相同”的物体。这挑战了我们对物体形状的直觉认知。 单连通性与洞的数量: 介绍“亏格”(Genus)的概念,即一个曲面上有多少个“洞”。洞的数量是拓扑不变量,是区分不同类型表面的关键。 第四章:迷宫的深度探索 欧拉公式与平面图: 介绍图论的基础,尤其是欧拉关于平面图的公式 $V - E + F = 2$(顶点-边+面=2)。我们将用这个简洁的公式来分析复杂的网络结构,如电路图和城市交通系统。 四色定理的诞生与意义: 详细回顾四色定理的百年历史,它不仅是拓扑学的一个重要里程碑,也展示了计算机辅助证明对传统数学思维的冲击。 莫比乌斯带的单面世界: 制作和分析莫比乌斯带,理解“单侧曲面”的概念。探讨其在传送带设计和结构力学中的哲学意义——当边界消失时,我们如何定义“内部”与“外部”? --- 第三部分:离散几何与信息维度 本部分将视角拉回到离散世界,探讨几何学如何在计算机科学、数据结构和复杂系统建模中发挥作用。 第五章:网格与晶体结构 像素化的宇宙: 讨论离散几何的必要性。在数字世界中,我们面对的是格点而非连续空间。介绍曼哈顿距离(Taxicab Geometry)的特点及其在城市规划中的局限性。 最佳填充问题: 探讨开普勒猜想(球体在三维空间中的最密堆积),及其在晶体学、包装工业中的实际意义。理解为什么“六边形”的效率最高。 分形几何的无限细节: 介绍分形的概念,例如科赫雪花和谢尔宾斯基三角形。重点讨论分形的“分数维度”,解释为什么海岸线和闪电的长度似乎是无限的。 第六章:高维空间的逻辑投影 人类的直觉仅限于三维,但现代科学充满了高维数据。本章将训练读者的空间抽象能力。 超立方体(Tesseract)的想象: 通过二维投影到三维,再从三维推演到四维的方法,逐步构建对四维乃至更高维度超立方体的理解。重点分析其顶点、边和面的数量关系。 维度灾难与数据可视化: 解释为什么在超过三维空间中,距离和角度的概念变得不直观(维度灾难)。探讨降维技术(如主成分分析PCA)如何利用几何原理,将高维数据有效地“投影”到低维空间进行分析。 几何的未来: 展望黎曼几何在拓扑数据分析(TDA)中的应用,即如何用几何工具来发现复杂数据集中隐藏的“形状”和“连通性”。 --- 结语:用几何之眼观察世界 《迷宫中的几何》旨在装备读者一套新的“空间思维工具箱”。几何学不仅仅是画图和计算,它是一种严谨的想象力训练。通过掌握这些超越直觉的几何原理,读者将能够更深刻地理解从建筑的结构稳定性,到全球网络的效率,再到我们所处的宇宙的本质。每一次对曲线的观察,每一次对角落的审视,都将不再是机械的动作,而是一次对隐藏在物质世界之下的逻辑秩序的重新发现。

作者简介

邦尼•埃弗巴克(Bonnie Averbach)

天普大学福克斯商学院风险、保险及医疗管理系荣退副教授,曾主持天普大学的精算科学项目,在推动该校成为精算教育的重镇上居功至伟。2007年,她被授予福克斯商学院终身成就奖。

奥林•钱恩(Orin Chein)

天普大学数学系荣退教授,主要从事圈理论(特别是穆方圈)的研究,也对组合数学的一些领域感兴趣。

目录信息

第一章 追寻线索  1
例题   2
选择哪种图或表  8
呈交解答  9
解题过程  10
树形图  14
乘法原理  16
简化  19
本章回顾  23
习题  23
第二章 运用逻辑解题  31
例题  32
命题  33
变量和联结词  35
否定  35
“并且”——逻辑与  36
“或者”——逻辑或  36
条件和等价  37
推出结论  41
复合命题  42
逻辑蕴涵和逻辑等价  47
论证和有效性  48
本章回顾  53
习题  54
第三章 从字词到方程:代数趣题  61
例题  62
引入变量  63
本章回顾  73
习题  73
第四章 运用整数解题:一些数论话题  86
例题  87
丢番图方程  89
整除性  90
素数  91
☆ 素数的无限性  92
☆ 埃拉托斯特尼筛法  92
更多素数话题  94
一次丢番图方程  99
带余数的除法  104
同余  104
去九法  108
求解一次同余式  111
求解一次丢番图方程  114
本章回顾  119
习题  120
第五章 更多整数话题:进制和密码算术  125
例题  126
位置计数法  127
更换进制基数  128
其他进制中的加法和乘法  132
密码算术  136
本章回顾  141
习题  142
第六章 运用网络解题:图论简介  150
例题  151
图  152
欧拉路径和回路  154
奇结点和偶结点  156
☆ 多于两个奇结点的图  163
☆ 有向图  166
哈密顿图  168
骑士巡逻  170
其他应用  171
☆ 图和地图的着色  173
本章回顾  177
习题  178
第七章 二人策略游戏  187
例题  188
无运气决策  189
完全信息游戏  189
有穷性  190
必胜策略的存在性  191
局面:游戏的状态  197
游戏的状态图  200
如何找到必胜策略?  202
通过从后向前推找到必胜策略  202
通过简化游戏找到必胜策略  205
通过正面出击找到必胜策略  206
总共需要考虑多少种情况?  206
对称性作为限制因素  206
似曾相识的局面  212
尼姆游戏  217
配对策略  221
游戏的变化形式  222
本章回顾  223
习题  223
第八章 单人游戏和谜题  238
例题  238
婆罗门塔  241
分割问题  243
多联骨牌  246
索马立方  248
独立钻石棋  249
十五谜题  252
奇排列和偶排列  254
☆ 着色和十五谜题:另一种解答  261
着色立方体  262
☆ 着色立方体:另一种解答  266
本章回顾  267
习题  268
第九章 大杂烩  275
附录 A 一些代数基础技巧  282
附录 B 数学归纳法  292
附录 C 概率论  296
例题  296
什么是概率?  298
发生比率  302
等可能结果  302
计数:可加性  305
乘法原理  307
排列  308
组合  310
二项式定理  313
独立概率和条件概率  315
重复试验  321
期望  326
娱乐价值和潜在收益  331
本章回顾  332
习题  332
参考文献  342
提示和解答  346
部分问题答案  391
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读后感

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用户评价

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这本书的装帧设计和排版布局,首先就给我一种耳目一新的感觉,完全打破了传统理工科书籍那种严肃刻板的印象。封面采用了一种柔和的莫兰迪色系,搭配跳跃的几何图形插画,让人在书店里一眼就能注意到它,仿佛在低语:“别怕,我们来玩点聪明的游戏。”内页的用纸质量极佳,触感温润,即使用荧光笔标记也不会轻易洇墨。更值得称赞的是字体选择和行距的把控,即使是像我这样长时间面对屏幕容易疲劳的眼睛,阅读起来也显得格外舒适。很多数学书为了塞进更多的内容,常常把版面挤得密不透风,让人望而生畏。但这本书的作者和编辑显然非常注重读者的阅读体验,他们懂得留白的重要性。在讲解复杂概念时,总会适当地穿插一些手绘的示意图或者幽默的漫画,这些视觉元素起到了极好的缓冲作用,让大脑在处理信息时有喘息的空间。这使得即便是深夜阅读,也不会感到压迫感,反而有一种沉浸式的享受。这种对细节的极致追求,足见出版方对“趣味”二字的认真程度,他们明白,好的体验是吸引读者持续学习的第一步。

☆☆☆☆☆

我特别欣赏这本书中对于“数学的局限性”和“未解之谜”的探讨。很多数学普及读物,倾向于将数学描绘成一个完美无瑕、无所不能的知识体系,这其实是一种误导。本书却坦诚地展现了数学世界中那些依然迷雾重重的前沿地带,比如黎曼猜想的迷人与深奥,或者哥德尔不完备性定理所揭示的逻辑系统的内在边界。作者用一种非常谦逊且充满敬畏的口吻,介绍了这些前沿领域,没有试图用简单的比喻去“简化”这些难题,而是清晰地告诉读者,我们现在所知与未知之间的鸿沟有多大。这种坦诚的态度,非但没有削弱数学的魅力,反而使其更具人性化的魅力——原来即便是最严谨的学科,也充满了探索的激情和未完成的梦想。这对于读者来说,是一种极大的鼓励,它告诉我们,学习数学不是为了成为一个活着的计算器,而是为了参与到人类认知边界的拓展中去。这种格局和视野,让这本书的价值超越了一般的科普读物,上升到了哲学思辨的高度。

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这本书的叙事节奏把握得极其老道,堪称一本节奏紧凑的悬疑小说。作者非常懂得如何设置“知识悬念”。通常,某一章的开头,会抛出一个看似无解的、引人深思的问题,比如“为什么一个光滑的甜甜圈可以被等同于一个马克杯?”或者“世界上是否存在一个永不停止的机器?”。读者带着这些巨大的问号进入阅读,作者便会用一段轻松的背景介绍来放松心情,然后突然加快节奏,引入关键的概念和证明过程。最妙的是,当读者以为自己即将要被公式淹没时,作者总能在关键时刻插入一个“顿悟时刻”的描述,用一句简洁有力的话语总结了整个部分的精髓。这种层层递进、张弛有度的结构,使得即便是对某些证明过程感到吃力的地方,也不会产生想合上书本的冲动,反而会激发一种“我一定要搞懂它”的斗志。它不是平铺直叙的讲解,而是一场精心编排的“知识狩猎”,每一次成功破解一个难题,都带来巨大的成就感,远超应试教育中解对一道选择题的满足。

☆☆☆☆☆

这本书简直是为那些曾经被数学吓到,但内心深处又渴望理解那些奇妙数字规律的人量身定做的“解药”。我得说,我拿到它的时候,心里是抱着一丝怀疑的,毕竟“趣味”这个词在数学书里,常常意味着“肤浅”或者“不靠谱”。然而,当我翻开第一页,看到作者用一种近乎讲故事的口吻,将那些抽象的集合论概念,化为厨房里分派蛋糕的日常场景时,我的疑虑瞬间烟消云散了。它不是那种枯燥地罗列公式和定理的教科书,更像是一位耐心且充满热情的向导,带着你走过一个又一个数学思维的迷宫。最让我印象深刻的是关于斐波那契数列的那一章,作者没有直接抛出那个著名的数列,而是通过观察向日葵种子的排列、松果的螺旋结构,甚至是贝壳的生长曲线,一步步引导我们自己去“发现”这个数列的魅力。这种体验是革命性的,它让我明白,数学并非是人造的规则,而是自然界本身隐藏的语言。读完这部分,我感觉自己对周遭事物的观察角度都变得不一样了,连散步时都会不自觉地去寻找那些隐藏在自然中的数学之美。这本书成功地将“学习”这个过程,变成了一种充满惊喜的“探索”。

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我必须得提一下这本书在“联系现实世界”方面的独到之处,这一点是很多号称普及类的读物常常力不从心的地方。很多作者只会停留在理论层面,或者举一些非常老套的例子,让人觉得这些数学知识与自己的生活相去甚远。但这本书的厉害之处在于,它能将那些看似高深的概率论、拓扑学概念,巧妙地嫁接到我们日常生活中最琐碎的决策上。比如,在讨论“贝叶斯定理”时,作者没有直接上概率公式,而是设置了一个情景:你收到一条陌生号码发来的“中奖”短信,如何通过不断更新你对短信真伪的信念概率,最终决定是否回复。这种“代入感”极强,让我立刻理解了什么是先验概率和后验概率的迭代更新。此外,关于“博弈论”的章节,它将经典的囚徒困境,引申到了职场合作、甚至伴侣间的日常沟通博弈中,让人在笑声中反思自己的决策逻辑。读完后,我发现自己看待很多随机事件和人际互动时,脑子里会自动浮现出数学模型的影子,这不仅仅是知识的增加,更是一种思维方式的重塑,让我看待世界的底层逻辑都变得更加清晰和理性。

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666 小时候非常沉迷这种趣味题。新学到图论、同余

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