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◎想要打仗,需要你懂几何、代数和解析几何

最近这几年,电视上播放了不少抗日“神剧”,什么“手撕鬼子”“手榴弹炸飞机”之类的荒诞情节屡见不鲜。这些年轻的“神剧”导演们完全没有战争经历,不懂得战争的残酷,设计出的故事情节自然荒诞不经。

这些抗日“神剧”之所以害人,还不仅仅是因为情节设计得荒唐,关键在于,你看完这样的电视剧就会感觉,在打仗的时候,我们只要有一腔热血,只要有奋不顾身的精神,那就一定会打胜仗。什么正义永远会战胜邪恶,什么狭路相逢勇者胜,讲的也都是这个道理。真的是这样的吗?当然不是了!如果狭路相逢勇者胜,那么关天培、邓世昌这些民族英雄就不会白白牺牲了。在甲午海战的时候,北洋舰队全军覆没,而日本的军舰一艘都没有被击沉,难道有这样惨痛的历史教训还不够吗?真的打起仗来,只有爱国热情和牺牲精神,没有科技实力和经济实力作保障,那能行吗?

我们不妨从战争场面里挑选一个场景来分析。假设我们回到了战争年代,得知了有敌人要来附近的饭馆吃饭,怎么样才能一炮就把敌人干趴下呢?你一定会说:那还不简单,只要找个隐蔽的地方,把炮架起来,等敌人来的时候,对准他们放一炮不就完事儿了吗?那些抗日“神剧”里面,还真就是这么安排的,一炮下去,敌人就上天了。然而你想过没有,开炮之前怎么瞄准呢?要知道炮弹打出来以后,走的可是一条曲线。要想让炮弹打中敌人,就必须知道这个炮弹要飞多高、飞多远,再根据距离和高度,调整炮弹的发射角度。问题是,这些东西我们都不知道!怎么办?那你可能就会想到:咱先找个地儿打两炮试试。我觉得这个想法可行,那我们就仔细研究一下这个方案吧。

我们可以把炮打敌人的计划分成五个步骤:第一步,找到附近最合适的隐蔽地点;第二步,准确测量出发射点到敌人饭桌的距离,包括水平的距离和垂直的高度;第三步,找个空旷的地方试射,把炮架子先弄到野外去,按照事先测量好的距离,把发射点和饭桌的位置标记出来,而后开始射击实验;第四步,不断调整炮弹的发射角度,反复进行射击试验,直到炮弹精准地落到饭桌上,就可以把正确的发射角度记下来;第五步,把炮架子偷偷运到发射点,把方向和角度都按照刚才试验的角度调整好,等待敌人出现就开炮。怎么样?我们这个方案设计得还算合理,好像没有什么问题,那我们就开始实施。

这隐蔽点很快就被我们找到了,就在某一座钟楼上。但是现在的问题来了,要测量发射点到饭馆里具体某个饭桌的距离,我们应该怎么测量呢?这两者之间的距离有三五百米,而且两个楼之间还是斜对角的,我们不可能在两个楼之间拉一根皮尺,那怎么办?这时候就需要用到几何知识了,如果你懂得了几何图形的相似原理和勾股定理,你只需要把两条街道的垂直距离测量出来,再计算一下就行了。那街道距离又要怎么测量呢?这时候我们就需要用到一根长长的竹竿和几根细线,把竹竿立起来,牵动细线分别对准发射点、饭桌和街头拐角之间的位置,就能够迅速搭建起一个缩小了的模型,然后再测量出竹竿的长度,按照对应的比例放大一下就可以计算出两者之间的距离了。不过,如果你没有扎实的几何知识,那这一步计划就要落空了。

接下来,我们需要在野外找个地方来试射,这个野外的地点,同样需要竹竿和细绳来帮助我们把缩小的模型放大到真实的环境中。地方好不容易搭建起来,更大的麻烦又来了。我们总共只有三发炮弹,刚才试验射击用了一发炮弹,这第一发没打中目标,现在手里只有两发炮弹了。我们的确可以接着打第二发炮弹,但是如果这第二发也没有打中目标,我们接下来怎么办呢?第三发炮弹究竟要怎么发射呢?在这种情况下,代数知识就要起作用了,因为弹道曲线是有现成的公式可以套用的,我们只要把第一颗炮弹发射的角度和炮弹落地的距离都代入轨道方程中,很快就能得到炮弹的初始速度,再把初始速度和落地的距离代入轨道方程,就可以知道炮弹发射的正确角度。但是这样的速度只是理论计算,我们还需要按照这个角度试射第二发炮弹,这发炮弹极有可能还是打不准,但是不要紧,我们继续测量出它的落地距离,就能进一步把炮弹受到的空气阻力计算出来。最后再把这个阻力系数代入方程,就可以精确地知道第三发炮弹的发射角度了。

我们的任务完成了,可是你有没有想到,如果我们忘记了炮弹的轨道方程,那怎么办呢?那就只有多打几颗炮弹了。在这种情况下,我们打炮的目标不是为了瞄准目标,而是为了重新发现轨道方程。可以把炮弹的发射角度分别设置成30°、40°、50°、60°,然后再分别测量出炮弹的落地距离;最后,我们用炮弹的发射角度和对应的落地距离画在一个平面直角坐标系上,再把这几组角度和距离的数字描点连线,就可以得到炮弹的运动规律,求出轨道方程。前面通过轨道方程求解发射距离用到的知识属于代数;反过来,现在这种通过几组数据来求得轨道方程的方法就叫作解析几何。

以上,我们通过一个游戏,把几何、代数和解析几何的用途做了一个简单的介绍。在我们现在举的这个例子当中,我们自己手里既有情报,又有大炮,可是如果不懂初中数学还是干不掉敌人。可见数学知识实在是太重要了,如果不懂得数学,只有一腔热血的爱国热情,到了战场上可是要白白牺牲的。希望你一定从抗日“神剧”的梦幻中醒过来,扎扎实实地学一些真正的本领,只有这样才是真正的爱国。

前面简单介绍了数学的历史、用途和初中数学要学习的内容。从下章开始,我们就要学习具体的数学知识了。在正式开始课程前,我们还是要留下一个问题:话说1500年前的某一天,天空阴云密布,罗马教皇下令对一位数学家使用了酷刑,把他的十个手指夹残废了,而罪名仅仅是因为一个数字的使用,这个让人流血的数字到底是什么呢? q2KyVQJB/Mp5b+M94RkW5NmPpuGv5kz5PLTi5T8uG2NK8uZ85fjvIKtBAkDebMlX

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