今天,在翻看“数学教师用书”的时候,从“备课资料”里看到这样一个有趣的故事,讲的是“数对”的产生。传说有一天,笛卡儿生病卧床,但他头脑一直没有休息,在反复思考一个问题:几何图形是直观的,而代数方程则比较抽象,能不能用几何图形来表示方程呢?
这里,关键是 如何把组成几何图形的点和满足方程的每一组“数”挂上钩。 他拼命琢磨, 怎样才能把“点”和“数”联系起来。
突然,他看见屋顶角上的一只蜘蛛,拉着丝垂了下来,一会儿,蜘蛛又顺着丝爬上去,在上边左右拉丝。蜘蛛的“表演”使笛卡儿豁然开朗。他想,可以把蜘蛛看作一个点,它在屋子里可以上、下、左、右运动,能不能把蜘蛛的每个位置用一组数据确定下来呢?
他又想,屋子里相邻的两面墙与地面交出了三条直线,如果把地面上的墙角作为起点,把交出来的三条线作为三根数轴,那么空间中任意一点的位置,不是都可以用这三根数轴上找到的有顺序的三个数来表示吗?反过来,任意给一组三个有顺序的数,例如3、2、1,也可以用空间中的一个点P来表示它们。
同样道理, 用一组数(X,Y)可以表示平面上的一个点,平面上的一个点也可以用一组两个有顺序的数来表示(“数对”),这就是坐标系的雏形。
无论这个传说的可信度如何,有一点是可以肯定的,就是笛卡儿是个勤于思考的人。这个有趣的传说,就像瓦特看到蒸汽机冲起开水壶盖发明了蒸汽机一样,笛卡儿在创建直角坐标系的过程中,很可能也是受到周围一些事物的启发,触发了灵感。
生活中,还有很多发明受到了动物的启发,如雷达是根据蝙蝠发明的,防弹武器是根据甲虫发明的,电子蛙眼是受青蛙眼睛启发发明的,飞机的发明源于对鸟类的研究……这些发明极大提高了人们的生活质量。
而笛卡儿创立的坐标思想和直角坐标系,在代数和几何之间架起了一座桥梁,它使几何概念可以用数来表示,几何图形也可以用代数形式来表示, 在实际生活中,使用频率还是很高的。
以“数对”为例,它能用一组两个有顺序的数来表示物体的位置。例如,张亮坐在教室的第2列、第3行,可以用数对(2,3)表示;而数对(1,3)可以表示周明坐在教室的第1列、第3行。教室中的每一位同学的位置,都可以用相应的数对来表示,这就把座位示意图与数进行一一对应,方便人们用简练的数学语言来描述座位示意图所表达的位置,也有利于学生直观体会直角坐标系的思想。
生活中,确定位置的例子不胜枚举。例如,国际象棋、围棋的棋盘等,可以让学生理解各种棋在棋盘上表示棋子位置的规则,并用数对确定棋子的位置;中药房里,各种中药放在各自的抽屉里,通过数对寻找某一味药的位置,同时渗透我国的中医文化;大型活动中的方阵图案,由同学们按照行列确定位置,根据不同的信号举起手中的图案组合而成;绣十字绣的过程中,一针一线的位置也可以用“数对”来表示……这种种实例说明,在日常生活中到处都有用数对表述位置的情况。
话说回来,如果没有思考与联想,笛卡儿就不会创立直角坐标系;如果没有思考与创新,很多科学发明也不会产生,世界就不会那么飞速发展,从而变得丰富多彩。因此,脑子是个好东西,只有充分开发利用起来,才能体现出它的价值,给生活带来惊喜。