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1701001681 经过分析可以看出,前5幅关系图都是不均衡、不稳定的关系图,因为每幅图中至少有一个三角形是不均衡的。为了解决相互关系中的不均衡性,这6个国家不断地重新结盟或关系破裂,但每次的变化又造成了关系网中新的不均衡性。最终,在第6幅图中,欧洲分裂成了两个势不两立的敌对阵营,这样的关系网络在理论上是稳定的,但两大阵营的敌对关系最终把整个欧洲拖进了战争的深渊。
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1701001683 举这个例子,并不是为了说明关系网络的模型有多么强大的预测能力,事实上,这种模型的预测能力并不强大,稳定的关系网也不能避免战争的发生。在这里,我想说明的是,这些复杂的国际关系变化在很大程度上都基于一个非常简单的道理:“我的敌人的敌人就是我的朋友”,而这个道理其实就是乘法运算中最基本的“负负得正”法则。只要能从纷繁复杂的表象中提炼出事物的抽象本质,负数运算这种看似与现实世界关系不大的数学技巧,其实可以帮助我们解开很多现实生活中的难题,看清很多现象背后的必然趋势。
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1701001688 X的奇幻之旅:在现实生活中发现数学思维之美 [:1701001354]
1701001689 X的奇幻之旅:在现实生活中发现数学思维之美 第4章 交换律:7×3与3×7都等于21
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1701001691 儿童的数学教育方法就像国际形势一般充满变数,差不多每过10年的时间,就会出版新的教材和出现新的教学方法。这些变化的结果就是,每一代父母都在儿女的数学教材面前一筹莫展。20世纪60年代,我的父母就受到了这样的打击,他们惊讶地发现自己竟然无力辅导我小学二年级的数学功课,因为他们从没学过对数,也完全没听说过维恩图这种东西。
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1701001693 现在,轮到我面对这样的难题了。“爸爸,你可以告诉我怎么做这道乘法题吗?”我心想:“当然没问题,不管怎么说我也是大学数学教授。”但是,没过一分钟,我的女儿就开始抗议了:“爸爸,老师不是这么教的啊,你那是老式的算法了。你难道不知道‘格子乘法’吗?那‘部分乘积’你总该知道吧?”
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1701001695 这些打击人自信心的情形一再发生,这促使我重新考虑乘法最基本、最原始的意义。虽然乘法看似是很简单、很自然的运算,但仔细想想,其中还真有不少微妙的地方。
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1701001697 就说乘法代表的意思,7×3到底是指“3个7相加”,还是“7个3相加”呢?
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1701001699 在某些文化和某些语言中,这个问题表述得会比较清楚。我有一个来自伯利兹的朋友,他是这样背诵乘法口诀表的:“1乘以7得7,2乘以7得14,3乘以7得21……”他的这种方法很清楚地解决了上一节中提出的问题,在每个算式中,第一个数字是乘数,第二个数字是被乘数。莱昂纳尔·里奇的经典歌曲的歌词“你是我一辈子、两辈子、三辈子的恋人”里也同样沿用了这种方法。(如果歌词是“你是我恋人的三辈子”,这歌准红不了!)
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1701001701 可能你会觉得我说了这么多话,完全是废话,哪个是乘数、哪个是被乘数有区别吗?3×7和7×3难道得出的不是同一个结果吗?你说得也没错。但是,我之所以提出这个问题,是因为我想在此深入地讨论一个较为抽象的问题:乘法的交换律真的是这么明显吗?a×b=b×a真的是理所当然的吗?我记得我在小时候第一次学到乘法交换律的时候,觉得十分吃惊,你是不是也跟我一样呢?
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1701001703 为了体验乘法交换律的神奇之处,让我们先假装自己并不知道3×7等于7×3。我们先来计算3个7的结果是多少:背一下乘法口诀表,一七得七,二七十四,三七二十一,我们知道答案是21。我们再来计算一下7个3的结果是多少:一三得三,二三得六,三三得九……你不觉得有点儿奇怪,这些数字与7的乘法口诀表里的数字一点儿都不一样!然后我们继续背下去……四三十二,五三十五,六三十八,然后,哈,七三二十一!
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1701001705 通过上面的一段描述,我想说明这样一个问题:如果你把乘法运算看作多次加法(即在一个数字上加上同一个数字,反复多次),那么乘法的交换律并不是显而易见的。
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1701001707 但是,如果我们借助一些视觉上的帮助,这个问题就清楚多了。我们不妨把7×3想象成一个长方形的矩阵,每行有3个小点,一共有7行,如下图所示。
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1701001712 只要把这个矩阵水平旋转90度,这个7行3列的矩阵就变成了一个3行7列的矩阵。显然,把一个矩阵水平旋转90度并不会改变矩阵中小点的数量,所以3×7等于7×3。
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1701001717 乘法交换律看似简单,但是在日常生活中,人们却常常忘记这一定律。尤其是当我们进行和金钱有关的计算时,大家常常忘记了乘法交换律,或是一时反应不过来。我来给大家举两个例子。
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1701001719 假设你在商场准备买一条新牛仔裤。牛仔裤的标价是50美元,现在购买可以享受8折优惠。这个折扣价格还是挺有吸引力的,但是在美国购物需要缴纳消费税,消费税是商品价格的8%。如果你有意购买这条牛仔裤,店员就会非常热情地恭维你:呀,这条裤子真是太适合你了,你看多合身啊,穿着多显身材啊。说完这些话以后,店员就开始扫描价签帮你结账,在这个过程中,这个店员突然停下来,神神秘秘地说:“我再给你打个折吧,我先在原价的基础上算消费税,然后再给你打8折,这样的话就能帮你多省几元钱,你认为怎么样?”
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1701001721 这个店员真是热情。不过,你听完她说的话总觉得哪里有点儿不对劲。于是,你回答说:“谢谢,不用了。你还是先给我8折优惠,再计算消费税吧,这样我应该能少付点消费税。”
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1701001723 我来问你:这两种算法,到底哪一种比较省钱呢?(假设两种算法都不违反消费税法规。)
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1701001725 面对这样的问题,很多人一时反应不过来。他们会用加法来解决这个问题,先算出税款和折扣额,再从总价里减去折扣额,加上税款,得到最后应付的价格。按照店员的算法,牛仔裤原价为50美元,8%的消费税就是4美元,税后总价为54美元。然后,店员给顾客8折优惠,54美元的20%是10.80美元。54美元减去10.80美元,最后应付43.20美元。而按照顾客的算法,先按照原价打8折,即50美元的折后价为40美元,然后40美元的8%是3.20美元,最后应付金额是40美元加上3.20美元,仍然是43.20美元。
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1701001727 原来两种算法的结果是一样的,真是神奇!
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1701001729 但实际上,我们根本没必要进行这么复杂的计算,只需使用乘法交换律就可以解决这一问题。速算的关键是用乘法代替加法。按照店员的算法,先加8%的消费税,再打8折,也就是原价乘以1.08,然后再乘以0.8。而顾客的算法则是先打8折再加消费税,也就是原价乘以0.8,然后再乘以1.08。因为乘法交换律的缘故,1.08×0.8=0.8×1.08,所以,这两种算法的实付金额显然是没有差别的。
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