给一个孩子讲平方根与无理数(高手勿读)

百科   2025-02-04 21:40   广东  

与朋友跟他的孩子一起吃饭。他孩子是7年级,说数学课刚学完无理数和平方根,他觉得有点抽象。

朋友说:“老贾,你给孩子讲一下平方根呗!”

我心里想:怎么可以这样,你也没交学费呀!不过,我想起以前曾向他借过钱,便不好拒绝。于是说:“我只讲讲概念吧!”

预先澄清:我在这里说,朋友叫我给他孩子讲数学,我好像暗示自己数学学得很好似的,那可不是事实。不过,关于平方根,我还是懂一些的嘛。

我不是一直主张,教人科学知识,不可就事论事,而要注意指出有关知识、特别是现在讲的新知识与以前学过的旧知识之间的联系吗?不找我讲就罢了,既然叫我讲,我只会这样讲。至于符不符合大人和孩子的期望,就随它去吧。

于是我从加法开始讲起(那是他六七年前学的东西了吧):

“求平方根是一种新的运算。你学的第一种运算是什么?是加法。比如,2加5,结果是多少?这就是求2与5的和,是7。

“现在如果问,2加上一个数后,得到7,问,加到2上的那个数是几?也就是,2与谁的和是7?求这个数的运算,就是减法(孩子这时说:“我知道你要说什么了!”)。减法与加法互为逆运算。

“虽然加法与减法看起来很不一样,但是请注意,2加5等于7,和7减2等于5,说的是同一件事,因为,说2比7少5,和说7比2多5,说的是同一件事;这就像,说甲是乙的老公,与说乙是甲的老婆,虽然听上去不一样,但说的是同一件事。你可以把一种说法立即翻译成另一种说法。在数学里,你可以把7减5等于2,立即翻译成2加5等于7,或者反过来。

“乘法与除法的关系也是一样。它们的差别,只是已知什么、求什么的差别。如果已知两个乘数,求它们的乘积,就是乘法,如果已知乘积与其中一个乘数,求另一个乘数,就是除法。求乘积与求商互相是逆运算。

“你们后来又学了乘方运算,乘方运算的结果叫做幂,就像加法的结果叫做和,除法的结果叫做商一样。二次方就是平方,给出一个数,比如3,我们可以算出它的平方的值,是9。1.2的平方,是1.44,负1的平方,是1。

“反过来,假如已知一个数的平方等于16,求这个数,这种运算就叫做开平方,我们把这个数叫做16的平方根,就像把5叫做7与2的差一样。

“你是不是已经听得不耐烦了?刚才是讲运算的概念。现在讲数的概念。它们是紧密联系在一起的。(孩子还在听。他爸爸一直在玩手机。)

“一开始的数,只有1,2,3,4等等,就是我们数东西时用的数。我们把随便两个数相加,发现,在这些数里总有一个数是它们的和,比如,12加9,在1、2、3、4等等这些数里,有一个数,21,正好是12与9的和。

“可是,做减法运算时,出现了新情况。如果我们用7减去4,结果是多少?问7减去4是多少,就是问4加上哪个数等于7?我们发现,在1、2、3、4里,有一个数3,4加上它可以得到7。

“可是,如果我们是用4减去7,结果是多少?也就是,哪个数加上7,可以得到4?我们发现,在1、2、3、4等等(当时这是我们全部的数)里面,找不到这样的数!!!

“这时,在进行减法运算时,我们可以规定,只能用大数减去小数,不能用小数减去大数。我们不能随便从一个数减去另一个数。

“但是,人们不喜欢这样的限制。人们希望,在做减法运算时,不用去操心谁大谁小。为了让任何两个数相减时都能得到答案,人们发明了负数与零(零的发明还有另外的原因)。

“类似的,任何两个整数相乘,总能在整数里找到它们的乘积。除法又不一样。比如,6除以2,结果是多少?也就是,哪个数与2相乘,乘积为6?我们发现,3是这样的数。可是,如果是7除以3,结果是多少?哪个数与3相乘能得到7?我们发现,没有这样的数。为了让除法在任何两个数之间都可以进行(除了除数为零这单独一个例外),人们发明了,或者说,创造了分数。

“整数也可以看成分数,比如3,可以看成1分之3,2分之6,等等。现在,我们手里的数全部都是分数了,有正的,有负的,还有零。零是分子为零的分数。

“给定任何一个分数,计算它的平方,仍然得到分数。我们可以没有障碍地计算任何一个分数的平方。

“可是,反过来,给定一个分数,求它的平方根时,又遇到了新情况。16的平方根是正负4,因为正4和负4的平方都等于16。4分之9的平方根是正负2分之3,因为正2分之3和负2分之3的平方都等于4分之9。

“请注意,我们现在遇到一个以前从未遇到过的情况,我们以前求和、差、积、商和平方时,每种运算的结果都只有一个数,现在,我们求一个数的平方根,比如求16,或者4分之9的平方根,结果每次都得到两个数!这是一定要注意的。许多同学回答16的平方根时,只回答4,就是因为他以前遇到的所有运算,都只得到一个数,像这种一次运算的结果是两个数的情况,还是第一次。

“现在,如果给定的数是2,它的平方根是多少呢?即,哪个分数的平方等于2呢?两千多年前的古希腊人发现,没有哪个分数平方以后能够得到2!

“请注意,他们一直认为,分数就是所有的数了。可是现在发现,没有哪个分数的平方能够等于2,他们还发现了,没有哪个分数的平方能够等于3、5、6、7、8、10、11等等。他们对这一点做出了证明。

“可是,另一方面,根据勾股定理――古希腊人已经证明了勾股定理――有些线段的长度的平方就是2或者3或者5啊,这样的线段是存在的,那么,它们的长度不能用分数表示。

“所以,看来,除了分数,还存在另外的数。后来,人们把这种神秘的数,叫做无理数。中文中的无理数这个称呼,其实是翻译失误(来自日文),不过,名称问题没什么重要的。

“引入无理数的概念后,人们就可以谈论任何一个正数,以及零,的平方根了。每个正数都有两个平方根,0只有一个平方根,是它自己。

“可是,负数的平方根怎么样呢?什么样的数与自身相乘,能得到负数呢?

(孩子说:“任何数的平方都是正数!负数没有平方根!”)

“那样的话,我们在求一个数的平方根的时候,又要去操心这个数是不是负数了,如果是,运算就不能进行。

“数学家很不喜欢这样,日本有一位著名的数学家,为小学生编了一套数学课本,他在序言中说,数学的本质是自由。所以,数学家又发明了,或者说创造了一种数,让它们的平方为负数。

(孩子立刻显得非常好奇:“那是什么数?”)

“你们要到高中才会学它们。不过我可以提前告诉你,你即使学了它们,也还是不知道它们到底是什么,除了它们“平方以后为负数”这一点外。它们就是我们让它们那样的那种数。你看,从求平方到求平方根,我们竟然遇到这么多奇怪的事情!”


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