给孩子的数学三书3:数学的园地 一、开场话(1 / 1)

不管怎样,马马虎虎,我总算懂了,然而我的年龄也大起来了,我已经踏进了被人追问的领域了!“代数、几何,学过了学些什么呢?”“微积分是怎样的东西呢?”这类的问题,常常被比我年纪小些的朋友们问到,我总记起我碰钉子时的苦闷,不忍心让他们也在我的面前碰,常常想些似是而非的解说,使他们不全然失望。不过,总觉得这也于心不安,我相信一定可以简单地将它们的大意说明的,只是我不曾仔细去思索过。新近偶然从书坊店看见一本《两小时的数学》(Deux Heures de Mathématique),书名很奇特,便买了来。翻读一过,觉得它很够替我来解答前面的问题,因此就依据它,写成这篇东西,算是了却一桩心愿。我常常这样想,数学和辣椒很有些相同,没有吃过的人,初次吃到,免不了要叫、要哭,但真吃惯了,不吃却过不得。不只这样,就是吃到满头是汗,两眼泪流,身体上固然够苦,精神上却愈加舒畅。话虽如此,这里却不是真要把这恶辣的东西硬叫许多人流一通大汗,实在还没有吃生葱那样的辣。

有一点却得先声明,数学的阶段是很紧严的,只好一步一步地走上去。要跳,那简直是妄想,结果只有跌了下来。因此,这里虽然竭力避去繁重的说明,但也是对于曾经学过初等的算术、代数、几何,而没有全部忘掉的人说的。因此先来简单地说几句关于算术、代数、几何的话。

算术

无论哪一个人要走进数学的园地里去游览一番,一进门就碰到的是算术,这是因为它比较容易也比较简单,所以易于亲近的缘故。话虽这样讲,真在数学的园地里游个尽兴,到后来你要碰到的却又是它了。“数论”,就是数学中最难的部分。

你在算术中,经过了加、减、乘、除四道正门,就可以看到一座大厅,门上横着一块大大的匾,写的是“整数的性质”五个大字。已经走进这大厅,而且很快地就走了出来,由那里转到分数的庭院去,你当然很高兴。但是我问你:你在那大厅里究竟得到了什么呢?里面最重要的不是质数吗?2、3、5、7、11、13……你都知道它们是质数了吧!然而,这就够了吗?随便给你一个数,比如103,你能够用比它小的质数一个一个地去除它,除到后来,得数比除数小了还除不尽,你就决定它是质数。这个法子,是很靠得住的,一点不会欺骗你。然而它只是一个小聪明的玩意儿,真要把它正正经经地来用,那就叫你不得不摇头了。倘若我给你的不是103,而是一个有一百零三位的整数,你还能呆板板地照老法子去决定它是不是质数吗?人寿几何,一个不凑巧,恐怕你还没有试到一半,已经天昏地暗了。那么,有没有别的法子可以决定一个数是不是质数呢?对不起得很,真要问,多请些人到这座大厅里去转去。

在“数论”中,问题很多,得了别的一部分数学的帮助,也解决过一些,所以算术自己也是在它的领域内常常增加新的建筑和点缀的,不过不及别的部分来得快罢了。

代数

走到代数的殿上,你知道解一次方程式和二次方程式,自然这是再快乐没有了,算术碰见了要弄得焦头烂额的四则问题,只要用一两个罗马字母去代替那所求的数,依着题目已说明白的条件,立起一个方程式,这就死板板地照法则可以求出答数来,真是又轻巧又明白。代数比算术真有趣得多、容易得多!但是,这也只是在那殿里随便玩玩就走了出来的说法,若流连在里面,又将看出许多困难了,一次两次方程式,总算可以解了,一般的方程式怎样呢?

几何

还有,这条路发现以后,也不是因为它比较便利,几何的院子独自的出路,便悬上一块“路不通行,游人止步”的牌。它自己独立地进展,也一样地没有停息,即如黎曼就是走老路。题着“位置分析”,又题着“拓扑学”的那间亭子,也就是后来新造的,在里面使你可以看见空间的性质、几何的连续、质地纯粹的性相,你只需用到那“测度”的抽象观念就够了。

集合论

在物理学的园地里面,有着爱因斯坦的相对论原理的新建筑,它所陈列的,是通过性慧由敏感而发明的新定理。像这种性质的宝货,数学的园地当中,也可以找得出吗?在数学的园地里,走来走去,所能够见到的,都只是些老花样、旧古董,不过和游赏一所倾颓的古刹一样吗?

不,绝不!那些古老参天的树干,那些质朴的从几千百年前遗留下来的亭台楼阁,在这园地里,固然是占重要的地位,极容易映到游人的眼里。但倘使你看到了这些还不满足,你慢慢地走进去就可以看到古树林中还有鲜艳的花草,亭楼里面,更有新奇的装饰。这些增加这园地的美感,充实了这园地的生命。由它们,就可以使你知道,数学的园地从开辟到现在,没有一天停止过垦殖。在别的各种园地里,可以看见灿烂耀目的新点缀,但也常常可以见到那旧建筑倾跌以后残留的破砖烂瓦;在数学的园地里,却只有欣欣向荣的盛观,这残败的使人感到凄凉的遗迹,却非常稀少,它里面的一切建筑装饰,都有着很牢固的根底的呀!

数学的园地里,有一种使人感到不可思议的宝物叫作“无限”。它常常都是一样的吗?它里面究包含着些什么,我们能够说明吗?它的意义必须确定吗?

游到了数学的园地当中的一个新的院落,墙门上写着“集合论”三字的,那里面,就可以给你看这些问题的解答了。这里面是极有趣味的,用一面大的反射镜,可以叫你看到这全个[1]园地和幽邃的哲学的花园的关联,以及它俩的通路。三十年来,康托将超限数的意义导出,和那物理的园地中可惊的新建筑,一般的重要而且令人惊异!在本文的最后,就要说到它。

[1]全个:今作“整个”。