(完整版)四年级-数学文化
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第一、三单元
1、小数的产生
公元3世纪,也就是1600多年前,我国伟大的数学家刘徽就提出了小数。
最初,人们表示
小数只是用文字,直到了13世纪,才有人用低一格,如8.23
记做,左边的表示整数部分,右下方表
示小数部分。
古代,还有人记小数是将小数部分的各个数字用圆圈圈起来,例如:1.5记<
br>做1⑤,这么一圈,就把整数部分和小数部分分开来了。这种记法后来传到了中
亚和欧洲。
公元1427年,中亚数学家阿尔.卡西又创造了新的小数记法,他是用将整
数部分与
小数部分分开的方法记小数,如3.14记做3 14。
到了16世纪,欧洲人才注意小数
的作用。在欧洲,当时有人这样记小数,
如3.1415记做3⊙1①4④1①5⑤。⊙可以看作整数部
分的分界标志,圈里的数
字表示的是数位的顺序,这种记法很有趣,但是很麻烦。
直
到公元1592年,瑞士的数学家布尔基对小数的表示方法作了较大的改进,
他用一个小圆圈将整数部分
与小数部分分割开,例如:5。24……数中的小圆圈
实际起到了小数点的作用。
又
过了一段时间,德国的数学家克拉维斯又用小黑点代替了小圆圈。于是,
小数的写法就成了我们现在的表
示方法。
但是,用小数表示,在不同的国家也有不同的方法。现在,小数点的写法有
两种:一种是用“,”;一种是用小黑点“.”。
在德国、法国等国家常用“,”,写出的小数如3,
42、7,51……,而英国
和北欧的一些国家则和我国一样,用“.”表示小数点,如1.3、4.5
……
2、小数点的由来
在很久以前,还没有出现小数点。人们写小数的时候,如果是
写小数部分,
就将小数部分降一格写,略小于整数部分。16世纪,德国数学家鲁道夫用一条
竖
线来隔开整数部分和小数部分。17世纪,英国数学家耐普尔采用一个逗号“,”
来作为整数部分和小数
部分的分界点。17世纪后期,印度数学家研究小数时,
首先使用小圆点“.”来隔开整数部分和小数部
分,直到这个时候,小数点才算
真正诞生了。
3、神奇的小数点
小数点看起来个头小,可它的作用却大的很。它若是不高兴随意乱跑,数的
大小可就发
生变化了。小数点向右(左)移动一位、二位、三位······原
来的数就扩大(缩小)10倍、10
0倍、1000倍······
4、小数点与悲剧
1970年6月30日,前苏
联著名宇航员费拉迪米尔·科马洛夫在空间站工作
了23天后,一个人驾驶着“联盟一号”宇宙飞船返航
。但是,当飞机返回大气
层后,无论怎么操作也打不开降落伞,结果在着陆基地附近坠毁,宇航英雄科马
洛夫遇难。“联盟一号”所发生的事件就是因为在地面检查时,忽略了一个小数
点。
5、祖冲之的小数计数单位
祖冲之(公元429年─公元500年)是我国杰出的数
学家,科学家。南北朝
时期人,汉族人,字文远。生于未文帝元嘉六年,卒于齐昏侯永元二年。祖籍范<
br>阳郡遒县(今河北涞水县)。先世迁入江南,祖父掌管土木建筑,父亲学识渊博。
祖冲之从小接受
家传的科学知识。青年时进入华林学省,从事学术活动。一生先
后任过南徐州(今镇江市)从事史、公府
参军、娄县(今昆山县东北)令、谒者
仆射、长水校尉等官职。其主要贡献在数学、天文历法和机械三方
面。在数学方
面,他写了《缀术》一书,被收入著名的《算经十书》中,作为唐代国子监算学
课
本,可惜后来失传了。《隋书·律历志》留下一小段关于圆周率(π)的记载,
祖冲之算出π的真值在3
.1415926(朒数)和3.1415927(盈数)之间,相当于
精确到小数第7位,成为当时世
界上最先进的成就。这一纪录直到15世纪才由
阿拉伯数学家卡西打破。祖冲之还给出π的两个分数形式
:227(约率)和
355113(密率),其中密率精确到小数第7位,在西方直到16世纪才由荷兰
数
学家奥托重新发现。祖冲之还和儿子祖暅一起圆满地利用「牟合方盖」解决了球
体积的计算问
题,得到正确的球体积公式。在天文历法方面,祖冲之创制了《大
明历》,最早将岁差引进历法;采用了
391年加144个闰月的新闰周;首次精密
测出交点月日数(27.21223),回归年日数(36
5.2428)等数据,还发明了用圭
表测量冬至前后若干天的正午太阳影长以定冬至时
刻的方法。在机械学方面,他
设计制造过水碓磨、铜制机件传动的指南车、千里船、定时器等等。此外,
他在
音律、文学、考据方面也有造诣,他精通音律,擅长下棋,还写有小说《述异记》。
是历史
上少有的博学多才的人物。
为纪念这位伟大的古代科学家,人们将月球背面的一座环形山命名为
“祖冲
之环形山”,将小行星1888命名为“祖冲之小行星”。
祖冲之通过艰苦的努
力,他在世界数学史上第一次将圆周率(Л)值计算到
小数点后七位,即3.1415926到3.14
15927之间。他提出约率227和密率
355113,这一密率值是世界上最早提出的,比欧洲早一
千多年,所以有人主张
叫它“祖率”。他将自己的数学研究成果汇集成一部著作,名为《缀术》,唐朝<
br>国学曾经将此书定为数学课本。他编制的《大明历》,第一次将“岁差”引进历
法。提出在391
年中设置144个闫月。推算出一回归年的长度为365.24281481
日,误差只有50秒左右。
他不仅是一位杰出的数学家和天文学家,而且还是一
位杰出的机械专家。重新造出早已失传的指南车、千
里船等巧妙机械多种。此外,
他对音乐也有研究。著作有《释论语》、《释孝经》、《易义》、《老子义
》、
《庄子义》及小说《述异记》等,均早已遗失。
第二单元
1、建筑物中的图形
:三角形和半球形是最坚固的图形。
2、勾股定理
勾
股定理是一个基本的几何定理,在中国,《周髀算经》记载了勾股定理的
公式与证明,相传是在商代由商
高发现,故又有称之为商高定理;三国时代的蒋
铭祖对《蒋铭祖算经》内的勾股定理作出了详细注释,又
给出了另外一个证明。
直角三角形两直角边(即“勾”,“股”)边长平方和等于斜边(即“弦”)边<
br>长的平方。也就是说,设直角三角形两直角边为a和b,斜边为c,那么a²+b²=c
² 。勾
股定理现发现约有400种证明方法,是数学定理中证明方法最多的定理之
一。勾股数组成a²+b²=
c²的正整数组(a,b,c)。(3,4,5)就是勾股数。
勾股定理说明,平面上
的直角三角形的两条直角边的长度(古称勾长、股长)
的平方和等于斜边长(古称弦长)的平方。反之,
若平面上三角形中两边长的平
方和等于第三边边长的平方,则它是直角三角形(直角所对的边是第三边)
。
教参P80:数学家的眼光:三角形的内角和
3、奇妙的七巧板
七
巧板又称七巧图、智慧板,是汉族民间流传的智力玩具。它是由宋代的宴
几演变而来的,原为文人的一种
室内游戏,后在民间演变为拼图板玩具。据清代
陆以湉《冷庐杂识》说::宋黄伯思宴几图,以方几七,
长段相参,衍为二十五
体,变为六十八名。明严瀓蝶几图,则又变通其制,以勾股之形,作三角相错形,
如蝶翅。其式三,其制六,其数十有三,其变化之式,凡一百有余。近又有七巧
图,其式五,其
数七,其变化之式多至千余。体物肖 形,随手变幻,盖游戏之
具,足以排闷破寂,故世俗皆喜为之。”
现七巧板系由一块正方形切割为五个小
勾股形,将其拼凑成各种事物图形,如人物、动植物、房亭楼阁、
车轿船桥等,
可一人玩,也可多人进行比赛。利用七巧板可以阐明若干重要几何关系,其原理
便
是古算术中的“出入相补原理”。
七巧板是由下面七块板组成的,完整图案为一正方形:五块等。腰直
角三角
形(两块小形三角形、一块中形三角形和两块大形三角形)、一块正方形和一块平
行四边
形。十九世纪最流行的谜题之一就是七巧板。七巧板的流行大概是由于它
结构简单、操作简便、明白易懂
的缘故。你可以用七巧板随意地拼出你自己设计
的图样,但如果你想用七巧板拼出特定的图案,那就会遇
到真正的挑战。正是七
巧板的乐趣所在。
第四单元
1、达.芬奇画鸡蛋的故事
达.芬奇十四岁那年,到佛罗伦斯拜著名艺术家弗罗基俄为师。弗罗基俄是
位很严格的
老师,他给达.芬奇上的第一堂课就是画鸡蛋。开头,达.芬奇画得
很有兴致,可是以后第二课,第三课
,......老师还是让他画鸡蛋,这使达.芬
奇想不通了,小小的鸡蛋,有甚么好画的?有一次,达
.芬奇问老师:「为甚么
老是让我画鸡蛋?」老师告诉他:「鸡蛋,虽然普通,但天下没有绝对一样的,
即使是同一个鸡蛋,角度不同,投来的光线不同,画出来也不一样,因此,画鸡
蛋是基本功。基本功要练到画笔能圆熟地听从大脑的指挥,得心应手,才算功夫
到家。」
达.芬奇听了老师的话,很受启发。他每天拿着鸡蛋,一丝不苟地照着画。
一年,二年,三年.....
.达.芬奇画鸡蛋用的草纸,已经堆得很高了。他的艺术
水平很快超过了老师,终于成为伟大的艺术家。
2、盲人摸象
从前,有四个盲人很想知道大象是什么样子,可他们看不见,只好用手摸。胖盲人先摸到了大象的牙齿。他就说:“我知道了,大象就像一个又大、又粗、
又光滑的大萝卜。”
高个子盲人摸到的是大象的耳朵。“不对,不对,大象明明
是一把大蒲扇嘛!”他大叫起来。“你们净瞎
说,大象只是根大柱子。”原来矮
个子盲人摸到了大象的腿。而那位年老的盲人呢,却嘟嚷:“唉,大象
哪有那么
大,它只不过是一根草绳。”原来他摸到的是大象的尾巴。四个盲人争吵不休,
都说自
己摸到的才是大象真正的样子。而实际上呢?他们一个也没说对。后以“盲
人摸象”比喻看问题以偏概全
。
“盲人摸象”的寓意是不能只看到事物的一部分,而应看全局,那样才能全
面和真实的了解
事物的情况
3、莫比乌斯带
公元1858年,德国数学家莫比乌斯(Mobius,17
90~1868)和约翰·李斯
丁发现:把一根纸条扭转180°后,两头再粘接起来做成的纸带圈,具
有魔术般
的性质。普通纸带具有两个面(即双侧曲面),一个正面,一个反面,两个面可
以涂成
不同的颜色;而这样的纸带只有一个面(即单侧曲面),一只小虫可以爬
遍整个曲面而不必跨过它的边缘
。这种纸带被称为“莫比乌斯带”。(也就是说,
它的曲面只有一个)
第五单元
1、用字母表示数的来历
由古希腊的字母代表是从古代开始的 那时候古希腊的人研究科学的很多
所以
有了很多代表数的字母 而且古希腊的字母很少和其他英语字母重复
所以现在
常用古希腊字母代表数字。用英文字母代表数字也很常见 ,如用N代表自然数
N
是英文“自然”的第一个字母
,类似的还有用R代表实数 Q代表有理数
Z代表整数。还有一种字母代表数是
未知数。如x y z,他是由爱因斯坦创造来解决数学问题的现在
在我们学习的数
学中是一种解决问题的好方法。还有一些数是固定的 如圆周率
这些是由国际规
定的。他们已经在我们的生活中根深蒂固。
2、方程的由来
方程这个名词,最早见于我国古代算书《九章算术》.《九章算术》是在我
国东汉初年
编定的一部现有传本的、最古老的中国数学经典著作.书中收集了
246个应用问题和其他问题的解法,
分为九章,“方程”是其中的一章.在这一章
里的所谓“方程”,是指一次方程组.例如其中的第一个问
题实际上就是求解三
元一次方程组
古代是将它用算筹布置起来解的,如图所示,图
中各行由上而下列出的算筹
表示x,y,z的系数与常数项.我国古代数学家刘徽注释《九章算术》说,
“程,
课程也.二物者二程,三物者三程,皆如物数程之,并列为行,故谓之方程.”这里
所谓
“如物数程之”,是指有几个未知数就必须列出几个等式.一次方程组各未
知数的系数用算筹表示时好比
方阵,所以叫做方程.
上述方程的概念,在世界上要数《九章算术》中的“方程”章最早出
现.其
中解方程组的方法,不但是我国古代数学中的伟大成就,而且是世界数学史上一
份非常宝
贵的遗产.这一成就进一步证明:中华民族是一个充满智慧和才干的伟
大民族。
教参P119:有理数运算理解的维度
教参P181:什么是代数
数学好玩
1、中国古代的算筹和筹算
何谓算筹?
所谓算筹,其实就是一把刻得很整齐的竹棍,直径约两三个毫米,长度十来
个厘米。除
竹制的以外,还有木、铁、玉石、骨、象牙制的算筹。把算筹装在袋
子里或笔筒中随身携带,这就是古人
说的“算袋”或“算子筒”。唐代曾经规定,
文武官员都必须备有算袋,以提高决策的科学性。
图1 算筹
图2 筹算
算筹如何计数
用算筹表示数,有纵式和横式两种方式。在纵式中,纵摆的每根算筹都
代表
1,表示6~9时,则上面摆一根横的代表5。横式中则是横摆的每一根都代表1,
其上面
纵摆的一根代表5。而且规定,个位和百位必须用纵式,十位和千位必须
用横式,纵横相间,使各位界限
分明,以免发生混乱。算盘中上面的一个子代表
5,下面的一个子代表1,是从算筹延续下来的。计数的
十进位制是我国古代文
明最重要发明之一。我国古代用算筹记数,表示数的算筹有纵、横两种方式:
图3 算筹计数
如要表示一
个多位数字,即把各位的数字从左到右横列,各位数的筹式需要
纵横相间,个位数用纵式表示,十位数用
横式表示,百位、万位用纵式,千位、
十万位用横式.例如:614用算筹表示出来是; 。
数字有空位时,如86021
用算筹表示出来是, 。百位是空位就不放算筹.那么,“
”表示的最小的数
是10340。
算筹运算
用算筹运算,有一套规则和口
诀。中国古人不但可以用它做加减乘除四则运
算,还可以乘方开方,连多元高次方程这样高深的数学难题
都可以解出来,不可
不谓之奇迹。
图4 算筹加法运算
图5 算筹减法运算(自上而下减,答数在左方)
古人乘法除法皆为从
左至右算,乘数在上,被乘数在下,积放在中间。古
人计算用筹不用笔,筹算可以任意改变形态,所以左
至右算根本不麻烦。如算
49乘36的步骤,结果是1764。
图6 算筹乘法
算筹还可以解联立方程组。“九章算术”是东汉编订的数学经典著
作。方程
中一次方程组可由算筹布置。如下图1,图2中各行从左到右列出算筹数分别表
示未知
数X,Y的系数与对应的常数项。算筹图可表达为:
图7
算筹解代数联立方程
算筹考古
中国的算筹和筹算制度,在春秋战国时期
已经比较成熟。《老子》一书中讲
到:“善计者不用筹策”,表明那时算筹已经很普遍了。《易经》中八
卦的图标
为横竖长短不同的横线组成,可能与当时算筹使用有关。
图8 周易八卦图
现在考古发掘出的算筹实物,最早是汉代的。
1954年考古学家在湖南长沙左家公山出土战国时代古墓,内藏竹算筹40根,
每根长12厘米。
1975年在湖北江陵凤凰山汉墓中发现竹制算筹。
1971年考古学家从
陕西千阳县一座出土的西汉古墓中发现一束在一个丝袋
内(算筹袋)保存完好的兽骨算筹,长短不一,最
长的13.8厘米,最短的12.6
厘米,截面呈圆形,直径在2-4毫米间。
19
80年从河北石家庄出土30根东汉骨算筹,长7.8-8.9厘米,截面方形,
边长约0.4厘米。此
外在陕西旬阳汉墓中出土象牙筹27根。
1983-1984,湖北江陵张家山西汉古墓中出土竹算筹。
1973年9月,湖北省江陵
县凤凰山出土的十号汉代古木木牍,其中有一片
记有“当利二月定算”,这是文献中最早出现以筹码代替
文字记数例子之一。
运筹学名称来源
出谋划策时,对有关问题必须经过数学计算,
计算就要用算筹,所以,“运
筹”成为“出谋划策”的代名词。汉高祖刘邦在总结打败项羽原因时说张良
是“运
筹帷幄之中,决胜千里之外”,后来,“运筹帷幄”成为一个成语。现代数学中,
有一个
分科叫“运筹学”,其名称也来源于古代筹算。
算筹发展为算盘
筹算在我国从周代
到元代应用了约二千年,对中国古代数学的发展功不可
没,南北朝数学家祖冲之计算圆周率应该就是用算
筹完成的。但算筹也有严重缺
点:运算时需要较大的地方摆算筹,位数越多,问题越难,
需要摆的面积越大,
用起来不大方便。另一个重要问题是运算过程不保留。它的运算过程实际上就是挪动算筹,运算了下一步,上一步就看不到了。虽然这有节约纸的好处,但有了
错误不好检查,学习
者学习起来也很困难。元朝数学家朱世杰,能用筹算解四元
高次方程,其数学水平居世界领先地位,但是
他的方法太难懂了,因而后继无人。
中国古代数学不能发展为现代数学,筹算方法的限制是一个重要原因
。元末明初
之后,珠算逐渐代替了筹算。筹算的重要缺点是运算过程不保留,出了错误不便
检查
,只好重算一遍。这个缺点,珠算仍然有。
第六单元
1、教参P229:统计学的历史回顾