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数形结合的历史演变及其发展.pdf

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数形结合的历史演变及其发展

徐单超

摘要:数学中两大研究对象“形”与“数”的矛盾统一是数学发展的内在因素,“数”“形”结合是推动数学发展的动力。数形结

合不应作为一种解题方法,而应作为一种基本的、重要的数学思想来学习,研究和掌握运用。数形结合能力的提高,有利于从形

与数的结合上深刻认识数学问题的实质,有利于扎实打好数学的基础,有利于数学素质的提高,同时必然促进数学能力的发展。本文

透过数学发展的历史,论述数形结合的重要地位和作用。

关键词:数;形;结合;历史演变;发展

一、引言

数学以客观世界中的空间形式与数量关系为研究对象,数形结合思想是数学中非常重要的思想和解决问题的常

用策略,正如华罗庚所指出的“数与形本是相倚依,怎能分作两边飞,数缺形时少直观,形少数时难入微。”美国

数学家斯蒂恩说:“如果一个特定的问题可以转化为一个图形,那么思想就整体地把握了问题,并能创造性思索问

题的解法”。在数学家的眼里,世界都是数和形组成的,无处没有数和形。

数与形之间建立对应关系,可以把数量关系转化为图形性质,或者把图形性质转化为数量关系,从而使代数问

题直观化,或者用代数方法来研究几何问题。

二、关于“数”、“形”的涵义

数、形两字内涵丰富。从广义上来说,“数”可以指代作为研究客观世界的工具数学,“形”即为整个客观

世界;从数学学科的维度分析,“数”与“形”的解释也具有层次性。如果将“数”理解为代数学、分析学及其衍

生出的数学分支的研究对象,那么相应地“形”可以理解为几何学的研究对象。这种理解是基于这样一种隐喻:

数学是研究现实世界的空间形式和数量关系的一门科学。但实际上,尤其是近百年数学的发展,数学基础经历了逻

辑主义、直觉主义、形式主义等思潮的影响,数与形己经无法概括数学的全部研究对象了,众多学者多倾向于采用

2050

更抽象化概括化、更具现代内涵、更具统一性的数学定义。例如,世纪年代前苏联一部分颇有影响力的数学

;2080

家认为:“现代数学就是各种量之间的可能的,一般说是各种变化着的量的关系和相互联系的数学”世纪年

代一批美国学者将数学简单地定义为关于“模式”的科学:“数学这个领域已被称作模式的科学,其目的是要揭示

人们从自然界和数学本身的抽象世界中所观察到的结构和对称性”。

既然现代数学已经不能再简单地划分为数、形两大领域。那么“数形”究竟怎样来诠释呢其实,“数形结合”?

中的“数形”本身就不是一个严格的数学概念,或者说“数形”的语义所指井不完全是数学对象,华罗庚在归纳出

该词的时候并不是在进行数学哲学中数学本体的探讨,而是进行类似于波利亚的工作——数学启发法的研究,文

中有一句话即为明证:这是“几何”启发出“代数”,但代数的考虑又大大丰富了几何。由此可见,“数形结合”

更多具有问题解决的性质,涉及到思维论、教学论、认知心理学、数学方法论等众多领域。因此“数”与“形”

可以认为是数学知识的表征形式,对“数”的理解应泛化为:数学文字表征,即数字、文字、式子、数学概念、数

学结构、数学性质、数学定理等概念和命题。相应地,“形”泛化为:图形表征,即实物、图像、图形、符号等。

三、数与形的扩充与结合简史

17-1819

随着时间的流逝,人类文明进程的不断推进,数学的内容也不断地扩大着,尤其是在世纪直至世纪,

被包括在数学领域内的许多学科和分支已经独立出去,而在各学科的边界又不断创造和衍生出一系列新的学科,这

21

些新学科现在已融合成面向世纪的庞大的数学科学领域,它是一个具有内在统一性的科学技术群。

数与形是数学中的两大基本概念,一部数学史主要是数与形的概念产生、发展、变迁的历史,现代数学也是围

绕着这两个概念对其不断抽象、概括、提炼而发展起来的。正因为数学内涵的不断扩充,数学中最原始的对象是数

与形这两概念自身也处于不断变

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