数学、魔术和神秘之月

还没有感受到“数学意识月”的魅力吗?这里有三个谜题来帮助你入门:1. 什么东西正着看和倒着看都一样,并且结合了数学、艺术和语言?

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


还没有感受到“数学意识月”的魅力吗?这里有三个谜题来帮助你入门

1. 什么东西正着看和倒着看都一样,并且结合了数学、艺术和语言?当然是双向图,就像这个一样

2. 如何将一个 5x13 的矩形切割成 4 块,然后重新排列成一个 8x8 的正方形?(反过来做是否可以将一块 8x8 的巧克力变成一块 5x13 的巧克力?)点击下面的链接图片,你就会找到答案


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3. 用一刀直线可以把百吉饼(或甜甜圈)切成多少块?显然是两块。那么用两刀呢?如果你小心地最大化切割效果,结果是六块。如果允许三刀平面切割,那就更棘手了:这个挑战是由著名的数学普及者马丁·加德纳 (Martin Gardner) (1914-2010) 在他早期担任《大众科学》专栏作家时提出的。令人惊讶的答案在下面的图片中揭晓(更普遍地说,如果允许切割 n 刀,百吉饼(或甜甜圈)最多可以切成多少块?是否有公式?)

你开始感兴趣了吗?加德纳希望如此。正如他在 Mathematical Carnival (Knopf,1975)的引言中写道,这是他的 大众科学 专栏的十五本合集之一,“在我看来,让学生和外行人对数学感兴趣的最佳方式是以玩乐的精神来接近它。”

这当然是今年数学意识月(MAM)的方法,其主题是数学、魔术和神秘——呼应了加德纳早期一本有影响力的著作的书名。MAM 的创立是为了提高公众对数学的理解和欣赏。

从某种意义上说,MAM 正在将加德纳介绍给早期几代人的有趣主题,以数字时代的受众为对象,推出许多更新的多媒体版本,这些主题既包括 Mathematics, Magic and Mystery (Dover,1956),也包括他传奇的 300 多篇 大众科学 专栏文章。

这些主题涵盖了幻方、结和辫子、几何消失、数学纸牌魔术、六角弹性体和多米诺骨牌,到悖论和光学错觉、彭罗斯瓷砖和曼德勃罗集。今年是这位多产作家诞辰一百周年——他还给我们留下了 100 多本书——几十年来,他激励着各个年龄段的爱好者深入研究数学。正如威斯康星大学麦迪逊分校的数学家乔丹·艾伦伯格 (Jordan Ellenberg) 在他最近为《华尔街日报》撰写的加德纳回忆录书评中写道

“加德纳本能地理解,数学比课堂上允许的更大、更丰富、更有趣。在 20 世纪,他比任何人都更努力地将这个信息传递给公众。”

为了强调这一点,MAM 在 4 月 1 日星期二启动,推出了一系列来自冉冉升起的数学单口喜剧明星伊桑·布朗 (Ethan Brown) 的视频——他只是一个九年级学生——关于定制幻方构建

正如这次启动仪式所暗示的那样——本月每天都会揭晓 30 项活动中的第一项——MAM 希望能够吸引高中生及其老师,以及大学院校的学生和教师。每个主题都以引人入胜的视频开头,然后进行讨论(和更多视频),深度不断增加。总会有值得期待的东西,以及适合从中学生到中年人及更年长者的所有人的东西!正如兰多夫-梅肯学院 (Randolph-Macon College) 的共同组织者布鲁斯 (Bruce) 和伊芙·托伦斯 (Eve Torrence) 所说

“我们努力汇集了一系列引人入胜的魔术和神秘事物,所有这些都基于同样令人惊叹的数学思想。我们召集了顶级的魔术师和数学家来展示这些材料。简而言之,我们非常兴奋能够与世界分享这一资源,并庆祝每个数学‘啊哈!’时刻所带来的发现精神。”

MAM 也在广泛使用社交媒体。有一个 Twitter 账号 @MathAware,一个 Facebook 页面,以及几个预定的由 Google Hangouts on Air 提供支持的互联教室活动。视频群聊已存档在 YouTube 上,每日活动网页将保持活跃,以便学生和教师可以在未来随时返回并探索它们。

第二天,美国数学协会 (MAA) 的驻地数学家 詹姆斯·坦顿 (James Tanton) 揭开了反直觉的结和辫子,表明与第一印象相反,左侧的双缝图像可以转化为右侧的结状图像,而无需任何作弊

第七天,数学视频资深人士维·哈特 (Vi Hart) 重点介绍了一系列关于六角弹性体的思考——这是加德纳在 大众科学 的第一个重大成功——她关于这个主题的四部创新作品已经吸引了超过 800 万次观看。

哈特的父亲,纽约州立大学石溪分校 (SUNY Stony Brook) 的数学家兼雕塑家乔治·哈特 (George Hart),在第 11 天对百吉饼切片有不同的见解,展示了如何将这种形状切成两个互锁的小百吉饼,或者切成类似椒盐卷饼的结状结构

第 13 天展示了如何创建你自己的双向图。有几天探索了斐波那契数列的魔力和神秘之处,从它们在令人费解的纸牌魔术中的应用(第 3 天,重点介绍我的创作)到面积守恒悖论——正如已经暗示的那样,这暗示了一种生产免费巧克力方块的方法——再到黄金分割的时尚与谬误,由斯坦福大学的基思·德夫林 (Keith Devlin) 主讲,他也被称为 NPR 的“数学人”

月中,数学家道格·恩斯利 (Doug Ensley) 讨论了一种巧妙的解决方法,供热衷于探索基于臭名昭著的完美法罗洗牌的纸牌魔术的人们使用。在本月晚些时候,期待一个来自 1970 年代的经典纸牌魔术的爱国主义衍生品——由数学家马丁·克鲁斯卡尔 (Martin Kruskal) 开发——加德纳首先将其带给公众关注。这一次,它作为《数学家读报》作者、天普大学 (Temple University) 的约翰·艾伦·保罗斯 (John Allen Paulos) 证明《独立宣言》保证“幸福”的跳板——这是一个精彩的贡献。

MAM 中探索的一些主题纯粹是数学的,另一些是具有数学基础的魔术,还有许多两者兼而有之。它们共同拥有的都是一种神秘感。虽然传统的魔术和幻觉技巧依赖于手法和误导,但借助数学,事实证明任何人都可以表演神秘的纸牌魔术或用定制的幻方进行娱乐。还有一些复杂、神秘的活动也大量借鉴了数学——我们中的许多人只能作为旁观者惊叹——例如杂耍和闪电般的快速心算。

在本月接近尾声时,普林斯顿大学 (Princeton) 数学家约翰·H·康威 (John H. Conway) 将亲自解释他著名的末日算法,用于计算历史上任何日期的星期几(一旦你掌握了这一点,你就能算出马丁·加德纳出生的 1914 年 10 月 21 日是星期三)。

鼓励所有年龄段的 MAM 参与者在此处分享他们计划和完成的体验此处。另请访问 MAM 新闻页面以获取 MAA 资源,以及此页面以获取美国数学学会 (American Mathematical Society) 资源。

MAM 活动旨在让新一代人参与数学,引导所有年龄段的人们获得他们自己的神奇而神秘的啊哈!时刻。正如加德纳本人也在《Mathematical Carnival》的引言中写道,“唤醒学生的最佳方式当然是向他展示一个有趣的数学游戏、谜题、魔术、笑话、悖论、模型、五行打油诗,或许多其他无趣的老师倾向于避免的东西,因为它们似乎很轻浮……。”对此我们表示,阿门!

图片由数学意识月和 www.martin-gardner.org 提供。

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