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「蜂房的用法与用量」蜂房的用量是多少

今天窝牛号就给我们广大朋友来聊聊蜂房的用法与用量,以下关于蜂房的用量是多少的观点希望能帮助到您找到想要的美食。

华罗庚是中国解析数论、典型群、矩阵几何学、自守函数论与多个复变函数论等很多方面研究的创始人与开拓者,也是中国计算机研究事业的开创者和奠基人,是我国进入世界著名数学家行列最杰出的代表。华罗庚是中国科学院院士、美国国家科学院外籍院士、德国巴伐利亚科学院外籍院士。美国数学家Batman曾说过,华罗庚是中国的爱因斯坦,足够成为全世界所有著名科学院的院士。

请看华罗庚谈“蜂房问题”的华彩篇章。

蜜蜂是无与伦比的伟大建筑师,在人类有史以前就用蜂蜡建造出了密合度最高、所需材料最简、可使用空间最大的蜂房,其展现出的数学才华,令人类啧啧称奇。艺术家们模仿蜂巢做出了各种艺术品,工程师们利用蜂巢原理来改善房屋的建筑性能,科学家通过对蜂房的研究,把蜂房的原理应用到了通信、飞机和航天器等领域……数学家华罗庚是怎么看待蜂房问题的呢?

1.始于“有趣”

华罗庚是在一本通俗读物中看到有关蜂房的内容描述的,18世纪初,法国学者马拉尔琪曾经测量过蜂窝的尺寸,得到一个有趣的发现,六角形窝洞的六个角都有一个一致的规律:钝角等于109°28',锐角等于70°32'。法国物理学家列奥缪拉由此得到一个启示,蜂窝的形状是不是为了使材料最节约而容积最大呢?瑞士数学家克尼格也得出了类似的结论:要消耗最少的材料制成最大的菱形容器,它的钝角和锐角的角度接近于上述的数值。华罗庚为此深深着迷:小小蜜蜂在人类有史以前所已经解决的问题,竟要18世纪的数学家和物理学家用高等数学才能解决呢!

2.继之“困惑”

什么样的六角形窝洞的钝角等于109°28',锐角等于70°32'?六角形六内角的和等于720°,每个角平均120°,而109°28'与70°32'都小于120°,因而不可能有这样的六角形!“六角形”和“菱形”都是平面图形的术语,怎么用来刻画一个立体结构“窝洞”或“容器”呢?

3.于是“访实”

华罗庚请教了昆虫学家,找个实物蜂房来观察,才知道既说“六角”又说“菱形”的意义。原来从正面来看蜂房是由一些正六边形所组成,每一个角都是120°,并没什么角度的问题。问题在于房底。蜂房并非六棱柱,而是把六棱柱的一端切下三个同样的角,并搬移堆砌,使它的底部由三个相同的菱形所拼接而成(图1)。而蜂巢就是由两排这样的蜂房底部和底部相接而成的(图2)。

4.初步“解题”

初步形成并解决一个数学问题:怎样切出来使所拼成的三个菱形做底的六棱柱的表面积最小?

5.“浅化”“慎微”

尝试寻找最简单的数学工具解决问题,并小心留意,提出的几何问题和解题时所讨论的代数问题不一定是完全等价的。

6.退而“疑古”

经计算而得的容积一样而用材最省的数据比例与实测蜂房的尺寸数据并不相合,因而使人不得不怀疑前人已得的结论。华罗庚为此感叹:往事几百年,祖述前贤,瑕疵讹谬犹盈篇,蜂房秘奥未全揭,待咱向前!

7.切入“正题”

由此看来蜂房问题并不是一个单纯的“体积给定,求用材最小”的数学问题,必须把蜜蜂的“体态”入算,从考虑它的身长、腰围入手,怎样情况用材最省?通过推算,在“量体裁衣”的考量下,形状为尖顶六棱柱的蜂房是最省材料的结构。这生动地说明了生物本身与环境的关系的统一性。至此,蜂房的数学问题算是得到了解决。

8.进而“设问”

华罗庚认为,只不过从六棱柱(或四方柱)出发,按一定的切拼方法做了些研究而已。实质上,这样的看法未入事物之本质。为什么仅从六棱柱出发,而不能从三角柱、四方柱或其他柱形出发,乃至于为什么要从柱形出发?更不要说切拼之法也是千变万化了!甚至于为什么要从切拼得来!越想问题越多,思路越宽。比如,由蜂房问题可以引出有名的晶体问题——怎样的体可以作为晶体?也就是说,用同样的体可以无穷无尽地、无空无隙地填满整个空间。由柱体填满空间问题还可想到其等价问题:怎样的样版可以填满平面的问题。进而设想填满一个球或一个圆柱的问题……

由蜂房启发出来的问题,真是让人浮想联翩,由此及彼,由表及里,回味无穷啊。

华罗庚并未就此止步,为了让进入大学之后的学生还能咀嚼回味思考,他又从“代数”“几何”“推广”“极限”“抽象”等方面对蜂房问题进一步作了深入探讨。

华罗庚之所以把自己的思考过程源源本本地娓娓道来,是想借由对蜂房问题的解析,为我们提供一个思考、解决疑难问题的生动的样例:有趣——困惑——访实——解题——浅化——慎微——疑古——正题——设问——数形结合——推而广之——极限抽象……这样一个思维过程是科学家,特别是数学家,认识问题、解决问题的一般途径。思维方式是探索未知的导航器,习惯于思考联想的人一定会走得深些远些;没有思考联想的人,虽然读破万卷书,依然看不到书外的问题。

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