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一本令人“震撼”的数学教材

2003-11-12 来源:中华读书报 韩雪涛 我有话说
近几年,数学科普书出版得多了些。然而,这些图书的质量却常让我们感觉到忧虑。胡作玄先生几年前在《数学中未解决的难题》一书后记中曾评论说:“本来就相当荒芜的数学科普领域,充斥着许多东拼西凑的假冒伪劣产品,有的人在抄的方面都不负责任,其结果是错误百出,误导读者。”最近出版的《数学四大普适常数》一书,表明胡作玄先生几年前的评论迄今仍未过时。在这本仅10多万字、标明为教材的书中,错误或不当之处可谓俯拾皆是。以下笔者仅就自己翻阅中所看到的,随手拈出几例以就教于作者和出版者,也请读者明鉴。

1、常识性错误

祖冲之取得的值,保持了一千多年的世界纪录。直到1596年,荷兰的数学家卢道夫……(《数学四大普适常数》(下同),第13页)

正确说法是:1424年阿拉伯数学家卡西给出圆周率π的17位准确数字,从而打破了祖冲之保持了九百多年的世界纪录。

他(笔者按:指祖冲之)注解了秦九韶的名著《九章算术》一书。(第44页)

我们只需指出,祖冲之出生于公元429年,卒于500年,而秦九韶出生于约公元1202年,就足见书作者错误的可笑了。实际情况是:秦九韶的重要著作为《数书九章》,而祖冲之所注解的《九章算术》一书,一般认为是承接先秦数学成果,由汉代许多学者删补整理而成的。

2、不确切的说法

他们(指祖冲之与他的儿子)在地板上画了一个圆径一丈的大圆,就这样一天一天废寝忘食地计算圆周率。……在那直径为一丈的圆形图上,已经只有用针尖才能画出这样小的一条边来。再要在这个圆内画出内接24576边形的一边来,是不可能了。祖日恒就对父亲说:“父亲,已经没办法再画了。”祖冲之却说:“在理论上说,这样把圆周分割下去是没有穷尽的,但事实上我们已经不能再割下去了。……”(第45页)

粗通数学的人就可以明白:祖冲之为了计算圆周率根本就用不着在地板上画圆径一丈的大圆;而且祖冲之的计算截止到24576边形,没有再继续算下去,也决不是因为图“没办法再画”的缘故。以上的说法完全是想当然的臆测之论。

“约率”22/7=3.142857,

“密率”255/113=3.1415929(第1页)。

密率π=3.1415929……

在欧洲,最有名的圆周率的近似值是355/133。(第12页)

在涉及圆周率的计算时,有两方面的工作。一是求它的近似值,如祖冲之得到了π的8位可靠数字。二是用分数来逼近圆周率,这样的分数称作圆周率的渐近分数。比如可以取22/7,此分数简单但逼近效果不太佳,称为约率,如果取密率355/113,那么既简单又精确,所以此分数极为出名。也就是说,求圆周率的近似值与得到其渐近分数是不同的两件事,不能混为一谈。而书作者偏偏要把这两个分数转化为小数形式,殊为不当。让人怀疑书作者根本不明白约率与密率之意。

直到电子计算机问世后,对π的人工计算才宣告结束,也就是通过正n边形的边长计算π值的“马拉松”竞赛至此结束了。(第15页)

此句不通。人工计算与通过正n边形的边长计算π值根本就不是一回事,人工计算开始是通过正n边形的边长计算,后来是通过无穷级数计算完成的。因此两者之间根本不能用“也就是”联在一起。

3、前后矛盾之处

计算π值,……一直算到今天,虽然获得了数亿位……(第8页)

最近十年,π的位数延伸得很快,已超过100亿位。

1989年7月,日本金田康正将π计算到5亿多位,年末又计算到10亿多位。(第34页)

在不同的书页,有关π的计算位数书作者就给出了不同的说法。顺便指出,截止到目前,金田教授与他的助手已经将圆周率计算到小数点后12411亿位。这一纪录是2002年12月创造的。

又如,提到统计学时,作者在第40页和第100页,对同一个人就给出了两种不同的译法:“哥尔登”和“加尔通”,不知是何原因。

4、杂乱的内容安排

一方面,许多节的安排让人摸不着头脑。比如说:第三章介绍自然常数e,但不知怎么一回事,第六节的标题是哥德巴赫猜想,第七节的标题是费尔马大定理。在这两节中分别对哥德巴赫猜想与费马大定理的情况做了介绍。我实在没能看出这两节内容与自然常数e有什么联系。还有许多节,其所介绍内容与所在章只有一丁点联系。

另一方面,在本书中有关命题的证明占了相当大的份量。但在这方面内容的安排上也存在着许多不合理之处。比如有的命题与章节内容关系并不太密切,可是书作者却会给出多种证明方法。比如第三章第二节e的存在性的证明,书作者利用不等式给出数e存在性的多种证明,实无多大必要。再比如,有的命题证明非常复杂,而书作者并不考虑是否合适,就把别人的证明照单全收。有关e是超越数的证明即如此。此外,在命题证明中,需要用到很多的数学知识。而书作者对这些准备知识根本不提及,而只是把别人书上现成的证明过程搬过来就算完事。对教材类书籍而言,这种安排是很不恰当的。

面对书中存在的种种问题,我所能得出的唯一“猜想”是:书作者缺乏基本的数学史知识,因此对所用材料缺乏基本鉴别能力,由此制造出了这种东一榔头西一棒槌、经不起过多推敲的拼盘之作。

5、“妙论”迭出的后记

不知是意犹未尽还是想展现自己的博学多闻,书作者在后记中进一步阐述了“数学四大常数的奥秘”。这部分篇幅不长,只有四页。然而,在这短短的几页中,“精妙”之论却不胜枚举。

书作者首先指出“圆周率π究竟何时在我们的地球上出现了π(笔者按:原文如此。读起来如此别扭的话全书不知有多少处),至今还无人知晓,是因为在我们的人类发展史上曾经出现过人类文明的断裂带”,然后开始向我们讲述苏美尔人拥有的令人眩目的天文学,以及文化和技术,讲述那大西洲文明的核心亚特兰提斯岛,并言之凿凿地向我们指出那时人们具有的神奇能力,包括“超能力”等等。对此,我对书作者的建议是:看看萨根《魔鬼出没的世界》一书吧。

随后作者指出“混沌常数的奥秘更是叫人不可思议”。

那么在作者看来这种不可思议的奥秘是什么呢?

有一个颇有争议的宇宙公式:宇宙(4.6692……)=有序部分(4)+混沌部分(0.6692……),此公式主宰了宇宙间的一切有序结构。(158页)

实在不知哪位“学者”造出的宇宙公式,书作者竟然能当真,并煞有介事地宣扬呢。

在这一宇宙公式之后,作者的“发散性思维”进一步展开:从北纬30度圈存在的混沌多边形——4.6692边形,即近似的五边形,联系到这个多边形对应的混沌区域。然后笔触一转,谈到:“生命大厦的基石是4价的石碳;人类的血型居然也只有4种;生命的遗传物质DNA是由4种碱基组成的。……大自然确实选择了混沌突变率为极小值0.6692……,也选择了4这个最佳的数码。这就是进化的产物……”(158页)而后又由生物转入物理中的作用力,“人类一直不敢确定神秘的第五种力,其实只不过是混沌现象在作怪而已,即4(四种力、四维时空)+0.6692(混沌力)=4.6692(混沌宇宙)”。(159页)最后转入“另一个更大的猜想:可以用宇宙公式来对物理学进行剖析,以求出自1900年一个世纪以来悬而未解的希尔伯特第六个问题,也像几何学一样用几条定律,推演出整整一部物理学。因为几何学就是由四个公设,再加上一个屡遭非难的第五公设,构造出来的(4+1)”。

真是谈天论地,妙笔生花。

此后,作者又阐述了“十万八千年一混沌”之说的来由。对此,我也不再浪费笔墨进行引述了。不过,书中最后一段“美文”不引述一下实在是可惜。因此虽然篇幅长了点,还是做做文抄公,引如下,让大家鉴赏。

更使人不可思议的是,有位学者曾花费多年的心血,将圆周率π,黄金分割Ω,自然常数e,混沌常数δ≈4.6692的尾巴0.6692或0.6690,凑出几个简单的数学算式。

黄金分割Ω0.618=(3.1416-0.6692)÷4

圆周率π3.14=2.718×0.6692+(1-0.6692)×4

混沌常数δ4.699=4×(1-0.618)+3.144

自然常数e 2.718=【1416-4×(1-0.6692)〗÷0.669

如果这样理解,圆周率π代表宇宙中最优美的几何图形——圆或球,即代表宇宙中的地球;而黄金分割Ω代表了宇宙中最杰出的造化物——人,因为人的肚脐正是人体的黄金分割点;自然常数e则代表自然界;混沌常数δ被人们认为是代表整个宇宙。可以说四大常数代表了天、地、人、和。姑且不说四大常数代表着什么,在庞大的宇宙中决不可能七拼八凑数学公式。假如今后有谁能找到上述四个式子的来龙去脉,以及它们所蕴涵的实际意义,那无疑会震撼世界,他将为人类作出更大的贡献。(160页)

至于书作者所认为的不可思议的四个数学式子,不过是小小的数字游戏而已,通过拼凑完全可以得到更多的这类式子。

最后,我要说的是:对书作者的奥秘之说、不可思议之言、震撼之论,我都没有什么兴趣。

我所感兴趣的真正奥秘倒在于:这样一本粗制滥造加宣扬伪科学的作品是如何得以出版的?那位让作者表示衷心感谢的徐玉民教授又是如何对此书仔细审阅的?为什么这样的书竟然还能堂而皇之地成为“21世纪高等学校公共基础课规划教材”?在我看来,这些才是真正不可思议、令人震撼之事。

(《数学四大普适常数》,夏茂辉、姚文起编著,徐玉民主审,机械工业出版社出版,21世纪高等学校公共基础课规划教材)

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