第二章學生數學科學興趣培養1(2 / 3)

宰相達依爾要求賞賜的麥子是多少呢?通過計算才知道,這需要:

1+2+22+23+24+…+262+263

=18,446,744,073,709,551,615(顆麥子)

1立方米麥子約有15,000,000粒。照這樣計算,國王就得給宰相1,200,000,000,000立方米的麥子。這些麥子比全世界兩千年生產麥子的總和還多。假如造一個高4米、寬10米的糧倉裝這些麥子,這個糧倉就有30,000,000千米長,能繞地球赤道轉700圈,等於地球到太陽距離的兩倍。

國王哪有這麼多的麥子呢?他的慷慨的賞賜,成了欠宰相達依爾的一筆永遠也還不清的債。

國王舍罕,萬萬沒有想到,從1粒麥子開始,兩倍兩倍地增加,隻在64個小格內就變出那麼大個驚人的數目。宰相的智慧超出了國王的想像力。盡管國王滿口答應一定要滿足宰相提出的任何要求,但是,無論如何,國王是拿不出那麼多麥子的。

這使國王大傷腦筋,終日心事重重,一籌莫展。心想:就是祈求上帝幫助,這筆獎賞也肯定付不清了。

這件事讓一個教師知道了。他趕到京城,求見國王說:“陛下,聽說為了棋盤上的獎賞您正左右為難,悶悶不樂?”

“你既然已經知道了,就不需要我再重複了。”國王說。

“解決這個問題像1+1=2那樣簡單,陛下怎麼倒叫它給難住了?”教師說得輕鬆而有把握。

“那就說說你的辦法吧!”國王態度仍然很冷淡。

“按照陛下答應的條件,宰相要求多少獎賞,您絲毫不打折扣地付給他就行了,這有什麼難處?”

“你是荒唐,還是無知?”國王被這“沒頭腦”的建議激怒了,“我能把全世界兩千多年生產的麥子都搬來給他嗎?”

“那倒不用。隻用你糧倉裏的麥子就足夠了。”

“什麼?隻用我糧倉裏的麥子就夠了?”國王像是沒聽明白,重複地問了一句。

“事情很簡單!”教師說,“宰相在棋盤上要求多少麥子就賞賜給他多少,然後把糧倉打開,讓宰相自己一粒一粒數出那些麥子就行了。”

這可是國王沒想到的,他不再放聲,默默地聽教師說。

“假設每數一粒麥子需要一秒鍾的話,一晝夜24小時是86,400秒。也就是說,宰相在第一晝夜能數出的麥子是86,400粒。數十晝夜還數不到100萬粒。照這樣連續不斷地數,一年才能數完2立方米的麥子。數上10年,才能數出20立方米,數100年,也隻能數出200立方米。從現在開始,數到宰相去見上帝,他隻能得到要求賞賜的極小極小的一部分。這樣,就不是國王不能付給宰相獎賞,而是宰相自己無能力拿走應得的全部獎賞了。”教師像在課堂上講課似的說給國王聽。

國王慢慢明白過來了,激動地連連點頭說:“好!好!”

像是為了進一步增強說服的效果,教師繼續說:“宰相要求賞賜的麥子數異常巨大,這個數目是18,446,744,073,709,551,615粒,我簡直無法把它讀下來。我計算過,如果一年到頭,一秒也不停地一粒一粒地數,一年有31536萬秒,總共需要將近5800億年才能數完。到那時,不僅陛下、宰相連同我早已上了天國,就是我們的子子孫孫也早已到天國去玩耍了。”

國王興奮得眉飛色舞,立即把宰相叫到麵前,說:“老愛卿,你要的獎賞我要全部付給你。”接著他把教師想出的辦法說給宰相聽。

宰相聽後,不禁一驚。說:“陛下,你的仆人是絕對無能力拿走您的賞賜的,因此也就隻好不要了。但我並不感到遺憾,我深深佩服陛下想出的這個絕妙的主意,陛下的智慧超過了我。”

國王麵帶喜色,讚賞地看著身邊的那位教師。教師安詳而謙虛地微笑著。

4.原子彈的威力

1945年7月16日早晨,在美國新墨西哥州南部一望無際的沙漠上,一項神秘而又危險的試驗就要開始。參加試驗的科學家、工程師、軍官和其他有關人員全都麵朝下趴在離試驗中心近1萬米遠的掩體裏,等待著這個激動人心的時刻的到來。他們緊張得一句話也不敢說。終於,5時29分,隨著強烈的閃光,震耳欲聾的巨響,一個比太陽還要明亮10多倍的火球迅速膨脹、上升。火球先是金色後又轉為紫色、深紫、灰色和藍色,同時地麵上掀起一個粗大的深褐色的塵柱,當塵柱追上直徑達500米的大火球時,便形成高達10多公裏的蘑菇狀煙雲。世界上第一顆原子彈試驗成功啦!

原子彈爆炸是一種劇烈的原子核裂變過程,在這個過程中釋放出來的巨大能量,理論上是可以精確計算的。但是,技術上能做到哪一步?一個原子彈實際爆炸時產生的威力到底有多大?需要依靠精密儀器的測定。為此,科學研究人員設計了幾十種的核測量方法。人們在掩體裏歡呼實驗成功的同時,又迫切等待著測量的結果。

突然,有一個身穿笨重防護服的人,從掩體裏衝出,迎著試驗方向奔去。這個勇敢的人去幹什麼呢?隻見他一邊跑,一邊把事先準備好的許多小紙片舉在頭上,迎風撒去,紙片立即隨著氣流飄動起來。這時,他又轉過身子,注視著小紙片的飄落,跟著小紙片的飄動跑起來,一邊跑,一邊數著自己的步子。等他拾起落在地上的紙片,氣喘籲籲地回到掩體時,大家才看清他是著名的物理學家費米。

隻見他十分興奮地說:“大家聽著,第一顆原子彈爆炸的威力,大約相當於2萬噸普通軍用炸藥爆炸時所釋放出來的能量。”

要不是他在物理學界非常有威望,大家都會認為他是在招搖撞騙,即使由於他的威望,對小小幾張紙片竟能測出原子彈爆炸時的威力,大家也感到疑惑不解、半信半疑。沒有想到,兩小時後,經過精密儀器測定的結果,與費米的紙片測定結果相同。從此,人們不由得對費米更加崇敬了。

物理學家費米如何利用紙片推算出原子彈爆炸的威力呢?原來,原子彈爆炸時巨大的能量以三種形式釋放出來:第一是爆炸中心產生極高的溫度,輻射大量的熱;第二是附近空氣受熱膨脹,產生強大的衝擊波;第三是產生相當多的放射性粒子。費米計算了三種形式能量之間的關係,因此,隻要測出一種能量,就可算出全部能量,即原子彈爆炸的威力。費米選擇了測量衝擊波的能量。這種能量,即強大氣流的能量最容易測量。氣流的能量正比於氣流的速度,而氣流的速度可以看作紙片飄動的速度。那麼又如何知道紙片飄動的速度呢?紙片的速度為紙片飄過的距離除以飄動的時間。隻要事先練習好每一步的準確距離和計算出跨一步的精確時間,在跟隨小紙片奔跑時,記下小紙片落地時已跑了多少步,又記下跑到小紙片落地處一共是多少步,這樣就能求得小紙片飄過的距離和飄動的時間,紙片的速度就知道了。當然,用這種方法推算出的爆炸威力的結果隻能是近似的數值。

5.油畫中的數學題

俄國一美術博物館收藏了一幅奇怪的油畫,畫名就叫《難題》。油畫的作者是著名俄國畫家波格丹洛夫·別列斯基。油畫描繪了俄國數學家、教育家拉金斯基和他的學生們正在演算黑板上的數學題。畫麵的主體是黑板上用白粉筆列的一道數學題。一群俄國小學生正仰著小腦袋,皺著小眉頭,望著黑板上的數學題動腦筋。黑板上方有一個鏡框,鏡框裏有拉金斯基的半身肖像。他麵帶微笑,雙眼閃著聰睿和藹之光,看著孩子們,好像在鼓勵他們開動腦筋,攻克難關。

這幅油畫中,黑板上的數學題占據了畫麵的中心,似乎顯得單調、枯燥;但是,隻要人們駐足觀看一眼,就會被畫麵空間洋溢出的智慧吸引住,情不自禁地在油畫前做起數學題來。

乍看之下,這道數學題似乎並不難,但是細細一看,卻也不是很容易。它不僅使小學生搔頭抓耳弄不明白,就是大人們也一下子難以算清。

黑板上列的是一道分數題:

分子是:10的平方加11的平方加12的平方加13的平方加14的平方;

分母是:365。

求它的答案。

這道題是拉金斯基出給他所教的小學生做的。拉金斯基是俄國莫斯科大學的數學教授,是著名的數學家。他為什麼要給小學生出數學題呢?

原來,拉金斯基雖然出生於俄羅斯偏遠的農村,卻天生地對數學有濃厚的興趣,小時候常常為一些“難題”,算個幾天幾夜也不疲倦。11歲那年,他碰到一道二元二次方程式,無論他怎樣絞盡腦汁,也解不出來。倔強的他獨自徒步100多裏,到城裏向一位中學數學老師請教。老師隻花了一分鍾,教給了他一個簡單的公式。他便很容易、很迅速地解開了這道方程式。這件事對拉金斯基深有觸動:一些令鄉村孩子們頭疼的“難題”,隻要有老師指導,其實是很容易解的。