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2013年10月31日 星期四

托爾斯泰的數學小說 文章日期:2010-05-19

托爾斯泰的數學小說

文章日期:2010-05-19 23:05

人們經常津津樂道於自然科學家的人文素養,比如說起楊振寧的古詩詞功底,愛因斯坦的小提琴拉得有多麼好,普朗克的鋼琴彈得有多麼棒。但是,反過來的例子, 文學家、藝術家們的自然科學素養,就很少有人提及,其實那也是同樣精彩的。例如,列夫·托爾斯泰,就是那位寫出了《戰爭與和平》、《安娜·卡列妮娜》、 《復活》的文學大師,就是一位水平頗高的數學愛好者,而且,他還曾將數學問題與自己的文學創作結合起來。   有一篇名為《一個人需要很多土地嗎》的小說,托爾斯泰就極其巧妙地運用數學知識,對貪婪的主人公進行了絕妙的諷刺,讀到最後,還讓人感到一種悲劇的氛圍。
  主人公叫巴河姆,他遇到了一個奇特的賣地者:不論是誰,只要交1000盧布,就可以在一天之內,從草原上的起點出發,走到太陽落山,只要在天黑 之前回到出發點,那麼他所走過的路線所圍住的土地,就是他的;如果沒到出發點,就一點土地也得不到,1000盧布就白扔了。巴河姆交了1000盧布,天一 亮就開始大步地走,他先沿一條直線走了10俄裡,然後左拐彎90度,又走了相當一段距離,再次向左拐彎90度,走了2俄裡,這時他發現天色已經不早,於是 向著出發點狂奔起來,跑了15俄裡之後,他終於趕在日落時刻一腳踩上了出發點,但這時巴河姆兩腿一軟,栽倒在地,口吐鮮血,一命嗚呼了。
  小說實際上出了一道並不難的幾何題:巴河姆走的路線構成了一個上底為2、下底為10、斜腰為15(單位均為俄裡)的直角梯形,這個梯形的周長是 多少?面積又是多大呢?初中生應該會算,只是高需要求一下(運用勾股定理)。結果是:巴河姆如果不死,他可以得到約86.72平方公裡(約合13萬畝)的 土地!這就是貪婪者的下場。
  然而,托爾斯泰一個用意更加深刻而巧妙『扣子』還隱藏著——如果你計算一下這個直角梯形的周長,會得到39.7俄裡的結果,而按照俄裡與公裡的換算比率,這個距離恰好是42.195公裡!這不正是一個馬拉松的距離麼!
  當年古希臘那個士兵是從馬拉松平原跑回雅典報捷,喊了一聲『我們勝利了!』然後累死的,現在巴河姆也是跑了這樣一個距離後累死。文學大師的巧妙構思可見一斑。
  如果你是一個愛動腦筋的讀者,可能會想到,巴河姆如果不跑這個直角梯形,而是用別的什麼路線,應該可少走很多路而同樣得到這麼大片的土地,還不 至於累死。是的,同樣的面積,用什麼圖形圈住,可以周長最小?這屬於變分法問題,這屬於高等數學了,類似的還有,用什麼形狀的容器可以容納盡可能多的液體 或氣體?這都屬於變分法。可以證明,能圈住最大面積而周長最小的圖形是圓(類似的,球形容器可以容納最大的體積,所以存天然氣的罐子都是球形,可以節省鋼 材)。如果巴河姆走的是一個圓,那麼圈住13萬畝土地就只需走33公裡左右,少走9公裡,他完全不會累死。看來,無知害死人啊!

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