解析幾何的一些應用
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提起數學,大多數讀者大概都對它敬畏有加。在學生時代非念不可,只好硬著頭皮苦撐,能夠安然畢業,真如苦海超生,以後能夠不再碰它實在慶幸萬分。有些人不免要想:為什麼學校非得要教數學?聯考和其他各類考試也少不了數學?然而每個人投下無數心力學習數學,除了應付各類考試之外,到底又得到些什麼呢?學習數學的目的,若僅僅是為了應付一門必修的課程,的確是一件十分痛苦的事。另一方面,由於未能將數學的思考活用於處理日常的事物,因而使數學顯得一無用處。
數學並非等於計算,它是一種解題的思考途徑。台大數學系的黃武雄教授就極力主張數學是一種方法論(methodology)。筆者深表贊同。
數學的應用有許多優點:
一﹑數學是一種「語言」,利用數學符號和算式能明確表達自變數和應變數之間的因果關係,倘若改以文字敘述,往往冗贅且意義不明。
二﹑數學除了具有簡潔精確的優點之外,尚可提供一套比文字推理更為強而有力的分析和推理工具。常能獲得用文字推論無法獲致的結論,並可以處理多變數的情況。
三﹑有大量數學定理可供利用。
四﹑迫使解題者列出假設,做為使用數學定理的先決條件,使人免於無意間採用不必要的潛在假設。
五﹑使用數學方法,再加上統計資料的分析,對文字推理所獲得的結論,常能進行實證性的檢定。
除了以上所列各點之外,尤其不應忽略的是數學的圖示法,例如統計圖表能讓人一目了然,達成溝通的任務。這是比較易於在日常生活利用的工具。本文準備用一些解析幾何的應用﹐來說明數學的實用性。
數學方法中,幾何易明難算,代數易算難明。法國數學家笛卡兒想出了一個兼顧二者之長的數學方法,就是解析幾何。解析幾何的根據有兩大觀念,其一是坐標觀念,另一是用坐標法將任何具二未知數的代數方程式,表成為平面曲線的觀念。由於坐標的創設,笛卡兒將平面「算術化」,從此之後,人們可以不必用幾何方法界定一個點,而僅用一耦點(x,y)的數就可以予以界定,反之亦然。
解析幾何最常為人用到,但卻習而不察的概念就是原點。例如平常向路人問路,對方的回答大多是先提出一個為大多數人所熟知的地點做為原點,然後指出應如何走法,就會到達目的地。
又如在行銷策略方面,通常業者將消費者加以區隔,而後以圖形表示,其中圓圈的大小表示百分比。然後可針對某一群人士消費的習性,設計合乎需求的產品。圖一就是典型的解析幾何概念應用實例。又如圖二也能使人一看便知世界各國汽車所訴求的對象。雖然各點均無真正坐標值,但並不妨害其所欲表達的意念。再如圖三清楚地表達了電腦和通訊的整合之路的發展歷程,也是解析幾何圖形的應用。
以上僅是隨手取來的一些例子,提供讀者參考。其次我們再來看看極坐標概念的應用。例如某公司欲推出新產品,該公司設計部門的二位設計師各提出一份設計提案。假設該產品必須注重實用性、安全性、操作性、審美性及環境性。為了評估設計案的受接納程度,可將各特性分為0~4(0表不喜歡,1表可,2表佳,3表良,4表優),尋求公司內員工意見,將結果歸納後,表示如圖四,就可看出各設計案受歡迎的程度。
又如購屋對一般人來說可算是件大事,必須審慎從事,通常買房子考慮的因素不外是:環境、交通、價位、坪數、格局及造型等項目。為了便於評估起見,我們可將各考慮項目分成1~5。當參觀一幢房子的時候,依自己對各項滿意的程度給個分數,並可繪圖如下:
同時可制訂一些規則:一﹑總分低於18分的房子不予考慮;二﹑總分在18~21,則向對方索取電話及其他有關資料後立即告辭;三﹑若總分在21~25,則可與對方進一步深談;四﹑總分在25分以上則優先考慮。這種做法可以提高效率,並且對各幢房子的觀感表現於紙上(見圖五),便於作理智決策,而不會被推銷員的三寸不爛之舌纏住,以致一時衝動不小心而作下事後後悔的決策。
我國自漢以儒立國至今,知識分子的思想深受儒家思想的影響。尤其自科舉取士以來,讀書人只知熟讀應考書籍而不重其他。儒家典籍以人為探討對象,使我國文化成為一種感性文化。雖然在宋元以前,我國數學也曾輝煌一時,卻未能受到應有重視而成為思想主流之一。西方各國的思想則大致秉承希臘傳統,以物為探討主題,講求理性思考及問題解決方法。經濟學家高希均曾評論國人:「有太多溫暖的心,缺乏冷靜的腦。」為了發展科技,提高工作效率,使我國成為一個現代化的國家,理性思考和講求程序方法,以促進效率實不容忽視。數學的學習與應用正是邁向這個方向的途徑。如何將數學常識化,能夠將它活用於日常生活,而不致於使學生時代學習數學的心血白費,實值得有心人士深思。
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提起數學,大多數讀者大概都對它敬畏有加。在學生時代非念不可,只好硬著頭皮苦撐,能夠安然畢業,真如苦海超生,以後能夠不再碰它實在慶幸萬分。有些人不免要想:為什麼學校非得要教數學?聯考和其他各類考試也少不了數學?然而每個人投下無數心力學習數學,除了應付各類考試之外,到底又得到些什麼呢?學習數學的目的,若僅僅是為了應付一門必修的課程,的確是一件十分痛苦的事。另一方面,由於未能將數學的思考活用於處理日常的事物,因而使數學顯得一無用處。
數學並非等於計算,它是一種解題的思考途徑。台大數學系的黃武雄教授就極力主張數學是一種方法論(methodology)。筆者深表贊同。
數學的應用有許多優點:
一﹑數學是一種「語言」,利用數學符號和算式能明確表達自變數和應變數之間的因果關係,倘若改以文字敘述,往往冗贅且意義不明。
二﹑數學除了具有簡潔精確的優點之外,尚可提供一套比文字推理更為強而有力的分析和推理工具。常能獲得用文字推論無法獲致的結論,並可以處理多變數的情況。
三﹑有大量數學定理可供利用。
四﹑迫使解題者列出假設,做為使用數學定理的先決條件,使人免於無意間採用不必要的潛在假設。
五﹑使用數學方法,再加上統計資料的分析,對文字推理所獲得的結論,常能進行實證性的檢定。
除了以上所列各點之外,尤其不應忽略的是數學的圖示法,例如統計圖表能讓人一目了然,達成溝通的任務。這是比較易於在日常生活利用的工具。本文準備用一些解析幾何的應用﹐來說明數學的實用性。
數學方法中,幾何易明難算,代數易算難明。法國數學家笛卡兒想出了一個兼顧二者之長的數學方法,就是解析幾何。解析幾何的根據有兩大觀念,其一是坐標觀念,另一是用坐標法將任何具二未知數的代數方程式,表成為平面曲線的觀念。由於坐標的創設,笛卡兒將平面「算術化」,從此之後,人們可以不必用幾何方法界定一個點,而僅用一耦點(x,y)的數就可以予以界定,反之亦然。
解析幾何最常為人用到,但卻習而不察的概念就是原點。例如平常向路人問路,對方的回答大多是先提出一個為大多數人所熟知的地點做為原點,然後指出應如何走法,就會到達目的地。
又如在行銷策略方面,通常業者將消費者加以區隔,而後以圖形表示,其中圓圈的大小表示百分比。然後可針對某一群人士消費的習性,設計合乎需求的產品。圖一就是典型的解析幾何概念應用實例。又如圖二也能使人一看便知世界各國汽車所訴求的對象。雖然各點均無真正坐標值,但並不妨害其所欲表達的意念。再如圖三清楚地表達了電腦和通訊的整合之路的發展歷程,也是解析幾何圖形的應用。
以上僅是隨手取來的一些例子,提供讀者參考。其次我們再來看看極坐標概念的應用。例如某公司欲推出新產品,該公司設計部門的二位設計師各提出一份設計提案。假設該產品必須注重實用性、安全性、操作性、審美性及環境性。為了評估設計案的受接納程度,可將各特性分為0~4(0表不喜歡,1表可,2表佳,3表良,4表優),尋求公司內員工意見,將結果歸納後,表示如圖四,就可看出各設計案受歡迎的程度。
又如購屋對一般人來說可算是件大事,必須審慎從事,通常買房子考慮的因素不外是:環境、交通、價位、坪數、格局及造型等項目。為了便於評估起見,我們可將各考慮項目分成1~5。當參觀一幢房子的時候,依自己對各項滿意的程度給個分數,並可繪圖如下:
同時可制訂一些規則:一﹑總分低於18分的房子不予考慮;二﹑總分在18~21,則向對方索取電話及其他有關資料後立即告辭;三﹑若總分在21~25,則可與對方進一步深談;四﹑總分在25分以上則優先考慮。這種做法可以提高效率,並且對各幢房子的觀感表現於紙上(見圖五),便於作理智決策,而不會被推銷員的三寸不爛之舌纏住,以致一時衝動不小心而作下事後後悔的決策。
我國自漢以儒立國至今,知識分子的思想深受儒家思想的影響。尤其自科舉取士以來,讀書人只知熟讀應考書籍而不重其他。儒家典籍以人為探討對象,使我國文化成為一種感性文化。雖然在宋元以前,我國數學也曾輝煌一時,卻未能受到應有重視而成為思想主流之一。西方各國的思想則大致秉承希臘傳統,以物為探討主題,講求理性思考及問題解決方法。經濟學家高希均曾評論國人:「有太多溫暖的心,缺乏冷靜的腦。」為了發展科技,提高工作效率,使我國成為一個現代化的國家,理性思考和講求程序方法,以促進效率實不容忽視。數學的學習與應用正是邁向這個方向的途徑。如何將數學常識化,能夠將它活用於日常生活,而不致於使學生時代學習數學的心血白費,實值得有心人士深思。
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