2018年5月7日 星期一

[書評] 從算術到代數之路:讓x噴出,大放光明

本書內容恰如其名,介紹從小學介紹的各種算術進展到中學的代數。在具體的算術和漫長的數學史中,代數相對而言是抽象且複雜的。但以抽象作為代價換得的是簡便統一的思路方法。本書運用各種題材佐證代數方法的優點,並且逐步提升抽象的層次。

簡評:本書適合國一至高一左右的學生對於理解具體數字進展至抽象未知數的歷程。而教師亦可使用本書作為課外閱讀教材。

全書從算術的計算問題引入,題為「正逆兩類算術問題」,從這些題目的觀察中,可以看出部分的代數運算的端倪,隨後就進入全書的重點,「神奇奧妙的$x$」。

事實上在代數尚未出世之前就已經有許多代數相關的謎題了,這些謎題透過算術的各樣技巧也都能加以解決,但透過代數的手法可以簡潔而統一,舉如「丟番圖墓誌銘問題」。從中讀者也可以明瞭許多問題的重點在於如何將「日常用語」翻譯成「符號或數學用語」。事實上第四章的「姑媽的秘密」就以對話的形式說明兩個小孩根據姑媽給予的提示推測她的年齡。而第六章和第七章也是此類的筆法引入一些經典需使用未知數$x$而方便求解的問題,如雞兔同籠。

對於這類問題的理解最終提出一次方程式與二次方程式的觀念,作者先從一次方程開始(第八章),隨後在第十一章才介紹二次方程式。已經對數學有一定深入了解的讀者會注意到,這些方程的解$x$需要作出明確的限制,如在有理數系中或實數系中來討論或界定才會有意思。作者在第三章和第九章稍微處理了這樣的問題,雖然我很難肯定作者的寫法能夠讓所有的中學生輕易理解,但這樣的嘗試是好的。最重要的是這樣的安排並不會因為沒讀通而致使後面的閱讀產生困難。此外作者還在第十章插入畢達哥拉斯定理而為一元二次方程提供了良好的動機(雖然現行教科書的安排與此相反:先教二次方程再談畢氏定理!)

第十二和第十三章將先前處理的方程放置於坐標系之中。雖然這項結果在中學生中不會很難接受(應該吧),但這件事情是到十七世紀才被笛卡兒與費馬等人發現與提出。透過坐標系的概念,我們可以做出一次函數(直線)與二次函數(拋物線)。透過可以穿透抽象的符號,甚至理解函數中的各項數值如何體現在解方程時的根上面(如平移/伸縮/開口等)。

現在,本書至此已經攻克一次方程與二次方程的根,我們似乎就可以著眼於三次和四次方程的求解。第十四章首先準備了複數系並在其中的各節詳細推導出三次與四次方程的求解方法,最後提及背後曲折離奇的發現過程,不過這個故事在許多數學史的書籍中都有提及了(雖然真相在我看來還是不得而知)。有意思的是,第十五章「我如何成為一位數學家?」提到機率學家Kac的故事(參見「機運之謎:數學家Mark Kac的自傳」),解出三次方程的經驗對他而言是極其鼓舞的!事實上這也是許多研究數學的人會對一些中學問題獨立想到證法,如找出所有的畢氏三元數或證明畢氏定理等等。

本書的終點是代數基本定理,他指出所有的複係數$n$次方程式都有$n$個複數根(含重根),並且回顧我們從算術的直接求解到代數的間接求解之間的抽象化如何幫助我們提升觀點。

書末有延伸推薦閱讀和書中的習題解答/提示,此方便作為數學科的指定閱讀書目之一,並且可以鼓勵部分能掌握抽象思考能力的學童整理自己已經發現的事物並置於現有的數學體系中。

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ISBN:9789571458069
叢書系列:鸚鵡螺數學叢書
規格:平裝 / 380頁 / 16k菊 / 14.8 x 21 cm / 普通級 / 單色印刷 / 二版
出版地:台灣
出版日期:2013/08/30

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