从《巴塞尔问题》的一种解法看数学之美

来源: 清溢 2021-01-02 01:30:16 [] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读: 次 (5923 bytes)
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从《巴塞尔问题》的一种解法看数学之美

什么是倒数勾股定理?直线型的数轴和曲线型的圆有什么关系?

昨天(2021年元旦),在油管上看到了《巴塞尔问题》的另类解法,大呼好酒。以下是视频链接,建议有兴趣的读者花20分钟看一看https://youtu.be/d-o3eB9sfls。这里,我简评一下,作为新年的小花,献给大家。

巴塞尔问题(Basel Problem)由意大利数学家门戈利(Pietro Mengoli)于1644年(也有一说是1650年)提出,由大名鼎鼎的瑞士数学家欧拉在1735年解决。问题很简单:  求所有自然数的倒数的平方和, 即:

       S = 1 + 1/4 + 1/9 + 1/16 + 1/25 + ... + 1/n^2 + ...                             

看完视频后,不由得击掌为快。曾经的五讲四美年代,哪四美记不清了。但数学之美,至少是3D型的。哪3D呢?面容、身材和心灵?读者的眼睛是雪亮的, 请见仁见智吧。

先看一看这个问题本身的结构之美。 

                    平方一下,还平方一下,再平方一下……                                                                                 

                    加一点,接着少加一点,继续少加一点…… 

规律吧。就这么规律得像辉煌的太阳,每天早上八九点钟,准时流连在年青的你的发梢。漂亮吧。就这么漂亮得像灿烂的银河,每天晚上八九点钟,按点飘逸在青春的你的头顶。简单(简洁)吧。就这么1、2、3地数下去,就那样4、5、6地加下去,简单得连小学生都看得懂。然而,就这么简单,就这么眉清目秀,就这么具有挑战性---端坐在那里,连续九十年、三代人,无解。

再看看数学的思维之美---看看他如何天马行空,却又长缨在握,抽象和具象相结合,几乎完美地解决了这个问题:

  • 先是合乎逻辑,由pi(抱歉,不会打那个希腊字母pai)走向圆;
  • 继而突发奇想,联手其物理兄弟,点了几盏小灯: 

         1) 倒数平方定律(光强和距离的平方成反比) 

         2) 初中平面几何两个定理(倒数勾股定理和四点共圆定理);             

         3)化圆为方,变有限为无穷(数轴就是一半径无限大的圆);

  • 最后,用部分(个数)对等总体(个数)原理(这是一似非而是的原理,被作者四两拨千斤,略施轻功,就运展了一回乾坤大挪移),将问题一举解决。

整个解题过程,恰如翼德兄于百万数中,取上将pi值,探囊取物耳。

多说几句,这个证明太漂亮了。面对一个复杂的高数问题,用简单的初中知识,庖丁解牛般拿下,借用刁参谋长的名言:阿三哥(Sanderson,3Blue1Brown的创始人)不愧是开学馆的,证起题来滴水不漏,佩服,佩服!反过来看一看,现今又有多少“大师”,把简单明瞭的问题,包装成不知所云的学术论文。以此对比,谁是大师,谁是大神,高下立判。

数学,还富含哲理之美

数字,看起来枯燥,其实是有生命的。那一串串无穷单调数字,何止包藏着灯塔?谁能说,他们不是照亮你在黑夜里前行的火炬、不是陪伴你风雨窗前的蜡烛?他们是你,是我,是人类的心灵之光。虽然微弱,却数不胜数,从无穷远走来,又向无穷远走去。最后,竟超越无穷,回归成一个有限的、小小的,和谐的圆。

美女,我所欲也。美图(我给数学取的别名),亦我所欲也。二者可否得兼?To be, or not to be?  That is the question.

列位看官作何思想?我的答案是,肯定有解,而且有多组解。不过,如果有无穷多组解呢?那……那就吃不完,兜着走了。再扩展一下,如果把美酒也拽进来(原来,3D之美,是这三美啊---嘻嘻),那又如何走呢?三角恋啊,也许可借着酒劲,飞走......?

 

 

 


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所有跟帖: 

妙,但仅仅从数学角度看,似乎有更简洁更一般的方法,此法可以解更一般的问题:自然数倒数的立方和,四次方和,五次方和,等等 -竞选- 给 竞选 发送悄悄话 竞选 的博客首页 (993 bytes) () 01/02/2021 postreply 08:53:03

黎曼zeta函数(Basel问题为其特例)的确漂亮,但那都是在高数范围内讨论的。 -清溢- 给 清溢 发送悄悄话 清溢 的博客首页 (0 bytes) () 01/02/2021 postreply 14:14:41

对数有简捷之美,把幂运算降阶简化为加减乘除运算。 -老生常谈12- 给 老生常谈12 发送悄悄话 老生常谈12 的博客首页 (0 bytes) () 01/02/2021 postreply 09:20:02

是的。指函、幂函和对函是哥仨好,而对函scaling down 最厉害。 -清溢- 给 清溢 发送悄悄话 清溢 的博客首页 (0 bytes) () 01/02/2021 postreply 14:21:56

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