論數(shù)學(xué)的美

張娟娟

著名數(shù)學(xué)家陳省身先生曾不止一次地提出：“數(shù)學(xué)是美的?！睌?shù)學(xué)的美體現(xiàn)在方方面面，也許美在她是探求世間現(xiàn)象規(guī)律的出發(fā)點(diǎn)，也許美在她用幾個字母符號就能表示若干信息的簡單明了，也許美在她大膽假設(shè)和嚴(yán)格論證的偉大結(jié)合，也許美在她對一個問題論證時殊途同歸的奇妙感受，也許美在數(shù)學(xué)家耗盡終生論證定理的鍥而不舍，也許美在她在幾乎所有學(xué)科中的廣泛應(yīng)用。

而美的數(shù)學(xué)，在自古崇尚詩書傳世的中國，竟也浸染著撲鼻的書香。中國悠久歷史所積淀出來的文學(xué)底蘊(yùn)，為中國的數(shù)學(xué)染上了一層奪目的別樣顏色，這就是數(shù)學(xué)的文采。

一、自然美

劉勰《文心雕龍》以為文章之可貴，在尚自然。文章是反映生活的一面鏡子，脫離生活的文學(xué)是空洞的，沒有任何用處。數(shù)學(xué)也是這樣。

數(shù)學(xué)存在的意義，在于理性地揭示自然界的一些現(xiàn)象規(guī)律?？梢赃@樣說，數(shù)學(xué)是取諸生活而用諸生活的。數(shù)學(xué)最早的起源，大概來自古代人們的結(jié)繩記事，一個一個的繩扣，把數(shù)學(xué)的根和生活從一開始就牢牢地系在了一起。后來出現(xiàn)的記數(shù)法，是牲畜養(yǎng)殖或商品買賣的需要，古代的幾何學(xué)產(chǎn)生，是為了丈量土地。中國古代的眾多數(shù)學(xué)著作（如：《九章算術(shù)》）中，幾乎全是對于某個具體問題的探究和推廣。

在中國，數(shù)學(xué)源于生活，在外國，歷代數(shù)學(xué)家也都宗法自然。阿基米德的數(shù)學(xué)成果，都用于當(dāng)時的軍事、建筑、工程等眾多科學(xué)領(lǐng)域，牛頓見物象而思數(shù)學(xué)之所出，即有微積分的創(chuàng)作。費(fèi)爾瑪和尤拉對變分法的開創(chuàng)性發(fā)明也是由探索自然界的現(xiàn)象而引起的。

二、簡潔美

世事再紛繁，加減乘除算盡;

宇宙雖廣大，點(diǎn)線面體包完。

這首詩，用字不多，卻到位地概括出了數(shù)學(xué)的簡潔明了，微言大義。數(shù)學(xué)和詩歌一樣，有著獨(dú)特的簡潔美。詩歌的簡潔，眾所周知——寥寥幾字，卻為讀者創(chuàng)造出了廣闊的想象空間，這大概正是詩歌的魅力所在。

美國著名心理學(xué)家布隆菲爾德說：“數(shù)學(xué)是語言所能達(dá)到的最高境界?！比绻f，詩歌的簡潔，是寫意的，是欲言還休的，是中國水墨畫中的留白，那么數(shù)學(xué)語言的微言大義，則是寫實(shí)的，是簡潔精確、抽象規(guī)范的，是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度的體現(xiàn)。目前，數(shù)學(xué)作為自然科學(xué)的語言和工具，已經(jīng)成了所有科學(xué)——包括社會科學(xué)在內(nèi)的語言和工具。最為典型的例子，莫過于二進(jìn)制在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的的應(yīng)用。試想，任何一個復(fù)雜的指令，都被譯做明確的01數(shù)字串，這是多么偉大的一個構(gòu)想。可以說，沒有數(shù)學(xué)的簡化，就沒有現(xiàn)在這個互聯(lián)網(wǎng)四通八達(dá)、信息技術(shù)飛速發(fā)展的時代。

三、對稱美

中國的文學(xué)講究對稱，這點(diǎn)可以從歷時百年的楹聯(lián)文化中窺見一斑。而更勝一籌的對稱，就是回文了。蘇軾有一首著名的七律《游金山寺》，便是這方面的上乘之作：

潮隨暗浪雪山傾，遠(yuǎn)浦漁舟釣月明。/橋?qū)λ麻T松徑小，檻當(dāng)泉眼石波清。/迢迢綠樹江天曉，靄靄紅霞晚日晴。/遙望四邊云接水，碧峰千點(diǎn)數(shù)鷗輕。

不難看出，把它倒轉(zhuǎn)過來，仍然是一首完整的七律詩：

輕鷗數(shù)點(diǎn)千峰碧，水接云邊四望遙。/晴日晚霞紅靄靄，曉天江樹綠迢迢。/清波石眼泉當(dāng)檻，小徑松門寺對橋。/明月釣舟漁浦遠(yuǎn)，傾山雪浪暗隨潮。

這首回文詩無論是順讀或倒讀，都是情景交融、清新可讀的好詩。類似的又如“香蓮碧水動風(fēng)涼，水動風(fēng)涼夏日長。長日夏涼風(fēng)動水，涼風(fēng)動水碧蓮香”。這些詩憑著精巧的構(gòu)思，給人以奇妙的感受，每每讀之，讀者都會暗自叫絕。

而數(shù)學(xué)中，也不乏這樣的回文現(xiàn)象，如：

12×12=144，21×21=441;

13×13=169，31×31=961;

102×102=10404，201×201=40401;

103×103=10609，301×301=90601;

9+5+4=8+7+3，92+52+42=82+72+32。

而數(shù)學(xué)中更為一般的對稱，則體現(xiàn)在函數(shù)圖象的對稱性和幾何圖形上。前者給我們探求函數(shù)的性質(zhì)提供了方便，后者則運(yùn)用在建筑、美術(shù)領(lǐng)域后給人以無窮的美感。

四、懸念美

文學(xué)中的小說以設(shè)置懸念見長，在開頭先拋出一個引人入勝的畫面、出人意料的事件、叫人揪心的矛盾、令人關(guān)注的懸念、發(fā)人深省的問題，然后一步步去描寫、講述、展開、解答、思考;或者在最后留下一個無結(jié)局、無論斷、無答案、無終點(diǎn)的結(jié)尾，讓讀者自己去想象、去求證、去追問、去體驗(yàn)。照米蘭·昆德拉的說法：小說家的才智就是把一切肯定變成疑問，教讀者把世界當(dāng)成問題來理解。

這種現(xiàn)象，在數(shù)學(xué)中絕非少見。這一點(diǎn)，和人們讀懸疑小說所產(chǎn)生的感覺是相似的，難怪有人說，世界本身就是個未知數(shù)，而文學(xué)本身就是探索世界之謎的方程式。

五、邏輯美

提起邏輯，就不能不提中國四大名著之一的《紅樓夢》。復(fù)雜的人物關(guān)系，縝密的故事情節(jié)，引得至今仍有大量學(xué)者終生考證，樂此不疲。

《紅樓夢》迷人之處在于由卷初一首詩開始，章回緊扣地發(fā)展下來。優(yōu)美的數(shù)學(xué)也是在一個宏觀的概念之下，經(jīng)由嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C，簡單有力地表達(dá)出來。

數(shù)學(xué)規(guī)律就如《紅樓夢》，由一些基本定理出發(fā)，雅潔、鮮明地表達(dá)出來。大多數(shù)的數(shù)學(xué)論文都是艱澀難懂，有些卻能令人流連再三。牛頓三大定律非常簡單，但可以解釋非常繁雜的現(xiàn)象，如天體運(yùn)行的規(guī)律。這就是數(shù)學(xué)家的口味，不夠嚴(yán)謹(jǐn)，經(jīng)不起推敲，就不入法眼。

數(shù)學(xué)和文學(xué)作品不但同樣講究嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬚撟C，還同樣遵從由局部結(jié)構(gòu)發(fā)展到大范圍結(jié)構(gòu)的發(fā)展規(guī)律。

同文學(xué)極為相似的是，從局部結(jié)構(gòu)發(fā)展到大范圍結(jié)構(gòu)也是近代數(shù)學(xué)發(fā)展的過程。同一事或同一物可以產(chǎn)生不同的吟詠。對事物有不同的感受后，往往通過比興的方法另有所指，例如“美人”有多重意思，除了指美麗的女子外，也可以指君主。屈原《九章》：“結(jié)微情以陳詞兮，矯以遺夫美人?！币部梢灾钙返旅篮玫娜?，蘇軾《赤壁賦》：“望美人兮天一方?！睌?shù)論專家研究局部結(jié)構(gòu)時則通過素?cái)?shù)的模方法，將算術(shù)流形變成有限域上的幾何，然后和大范圍的算術(shù)幾何對比，得出豐富的結(jié)果。此外，數(shù)學(xué)家對某些重要的定理，也會提出很多不同的證明。例如勾股定理的不同證明有十個以上，等周不等式亦有五六個證明，高斯則給出數(shù)論對偶定律六個不同的看法。不同的證明讓我們以不同的角度去理解同一個事實(shí)，往往引導(dǎo)出數(shù)學(xué)上不同的發(fā)展。這也可算是局部到大范圍的一個例子。

總之，數(shù)學(xué)并不像有些人認(rèn)為的那般枯燥乏味，它不是長篇的定理公式的累積，而是一種美的學(xué)科。在中國書香四溢的文學(xué)背景下，數(shù)學(xué)也閃爍著不一樣的光輝。

作者單位 ：河南省洛陽市吉利區(qū)第一初級中學(xué)