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发布: 11:51pm 13/03/2022

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数学

圆周率日

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圆周率日

【为何要学数学?/01】有助清晰逻辑及分析力,搞好数学终身受益

报道:本刊 梁慧颖、 照片:受访者提供

还记得“π”这个符号吗?只要上过中学课的人都学过这个符号,但许多人毕业后已忘记这个符号的意义和用途,甚至有些人可能会说:“我都不知道学这些有什么意义,日常生活用得着吗?”

趁着3月14日是,不如来思考为什么我们要学数学,以及数学应该怎样教才比较有趣。

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数学确实是许多人的梦魇,可是我们不能因为害怕或讨厌而不去学,因为日常生活无处不是数学,只是我们可能并未察觉。

例如拿冠病疫情做例子好了,拉曼大学数学与精算系副教授吴荣庆博士指出,卫生总监诺希山经常说我们要压平曲线,如果普罗大众没有数学概念的话,可能连曲线是什么都不懂。“再来就是如果你想要投资,眼前有两个项目,这两个项目都呈上涨趋势,但你手上只有一笔钱,你要如何决定投资哪个项目?”这些在我们日常生活可能会遇到的场景,“其实都是数学!”

如果从更宏大的角度来说,数学其实是世界通用的“语言”,我们也许不懂法语、不懂俄语,但我们都认得阿拉伯数字和一些基本的数学符号。不仅如此,数学还是科学的语言,意大利物理学家和天文学家伽利略(1564-1642年)就曾经形容,宇宙是以数学这个语言来书写的,“搞不好以后如果遇到外星人,我们可以用数学来跟他沟通,”拉曼大学基础课程中心高级讲师薛凯心打趣。

那些我们学过的数学公式,尽管大部分在日常生活中很少使用,但学习数学可以培养我们的逻辑思维和分析能力,这些能力内化后将使我们终身受用。薛凯心举例:“数学教我们怎样把一个复杂的东西简单化,你会发现数学好的人,他们做事情能多简单就多简单,比较有条理地去解决问题,我觉得数学在这一层面无形中让我们思维有更好的提升。”

新教育(3月15日):为什么我们要学数学?
根据薛凯心观察,学生的数学能力往往非常悬殊,即好的很好;差的很差。其他学科的情况不见得会这么悬殊,可是数学这一科明显有这样的情形。
新教育(3月15日):为什么我们要学数学?
为什么我们要学数学?“因为我们需要啊!”吴荣庆说:“这就好像为什么我们需要学写字、认字,我们每天都在用。”
新教育(3月15日):为什么我们要学数学?
廖浩辉认为重复做数学练习有其必要,这就跟学习新词汇和句型一样,学习多了才熟能生巧。

数学真的与你无关?

许多人中学毕业后,恨不得马上把所有数学公式抛诸脑后,以为从此可以跟数学分道扬镳不再有任何瓜葛,可是事情真有这么简单吗?

在大学,很多人以为只有像工程系和基础学科的学生才需要运用数学,但其实许多其他科系包括文商科都无法跟数学撇清关系,吴荣庆举出一些例子:

·社会科学

当你做人口统计或任何涉及问卷调查的研究,需要有统计学的基础来帮你分析数据。如果没有统计学的知识,你无法从数据提炼出精辟见解,甚至可能因为错误分析而把你导向似是而非的结论。

·商学

你以为做生意只需要懂加减乘除吗?当要预测公司明年的收入,你就需要建立数学模型,从模型去推估明年的公司财政。另外,如果公司赚钱了,你要把多少利润用于回馈员工?又要把多少利润用于扩充公司?这种资源配置的背后都是数学,用数学来帮助公司做决策。

·人工智能

人工智能不只是电脑科学系的事,现今许多学科也正在开发人工智能,例如自然语言处理(Natural Language Processing),乃语言学和人工智能的综合领域,让电脑拥有理解语言的能力。无论人工智能或机器学习都大量运用数学模型,连语言学都有可能跟数学扯上关系,其他像生物资讯学、遗传学就更不用说了。

·物流

在拉曼大学,物流及国际船运专业跟精算学、金融数学等专业是姐妹系,由此可见物流跟数学有着密切关系。可能你会问:“物流和船运不就是计算一个货柜可以装多少货物,还有从地点A到地点B的距离有多远,有那么复杂吗?”事实上,拉曼大学数学与精算系助理教授廖浩辉博士指出,物流讲究路线的规划,而由于不同路线的繁忙程度都不一样,如果要规划出最佳路线,这就跟数学的图论(Graph Theory)、排队论(Queuing Theory)和概率(Probability)有关系。

 
数学如何应用于各学科?

换个角度,从数学分支来看,数学如何应用在各种学科?薛凯心举例如下:

代数(Algebra)

·电脑科学

·密码学

微分方程(Differential Equations)

·化学反应过程的稳定性研究

·飞机和导弹飞行的稳定性研究

运筹学(Operations Research)

·研究最佳的资源分配,例如假设建造公寓,要怎样运用最少的人力和最短的时间建造出最优质的公寓。

金融数学(Financial Mathematics)

·将数学和统计学应用于金融市场研究,比如预测股票和期货市场的走势。

统计学(Statistics)

·统计学应用范围非常广泛,比如商家推出一个新产品之前,必须先做市场调查,从数据去推断消费者会不会购买这个产品。现今非常流行网购,网站仿佛有先见之明不断会推送广告,这背后其实是数据科学在根据消费者的习惯和喜好演算出的结果。

微积分和概率(Calculus and Probability)

·研究风险和管理风险的方法,比如银行是否批准贷款,必须考量借贷人有没有能力偿还贷款;保险公司也会根据每个人的个人风险来决定保费多少,基本上风险越高,保费就会越高。

薛凯心说,数学有很多分支,大致可分为基础数学、纯数学和应用数学。由于范围非常广泛,因此即使是数学博士通常也只专精于一个领域,无法样样精通。

在大学,学生需要学哪方面的数学以及学得多深入,主要看本身就读的是什么科系。以她在拉曼大学教导的大学基础课程(Foundation Programmes)为例,社会科学的学生一样必须上数学课,但他们主要学的是统计学,而且难度不会太高。相对的,会计学生的数学会比较难一些,包括会学微积分,这是因为会计专业有这需要所以课程才会这样设计。总之,大学会根据个别科系的需求来决定数学课程的内容及深度。

π是什么?

π,圆周率(Pi),是圆的周长与其直径的比率,以π这个希腊字母指代。目前已知最早使用这个符号代表圆周率的人是威尔士数学家威廉·琼斯(William Jones,1675-1749年),但直到瑞士数学家莱昂哈德·欧拉(Leonhard Euler,1707-1783)在其著作开始使用之后,π这个符号才越来越普遍被使用来指代圆周率。

第一个圆周率日(Pi Day)于1988年3月14日在美国探索博物馆庆祝,为什么是3月14日?因为这是从圆周率的近似值3.14而来。2009年,美国众议院正式通过将每年3月14日定为圆周率日,联合国教科文组织也在2019年宣布将每年3月14日定为国际数学日。

2021年,瑞士格劳宾登应用科技大学的研究人员使用超级电脑,耗时108天又9个小时,将圆周率的小数点后的数字计算到第62.8兆进位,缔造新的世界纪录。至于人类背诵的纪录,目前健力士世界大全认证的世界纪录是由印度的维尔·米纳(Rajveer Meena)于2015年创下,他于9小时27分钟内背诵了圆周率小数点后面的7万位。

延伸阅读:

【为何要学数学?/02】本地数学难不难?

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