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从美国电影《天才少女》中的两道心算题目说起用十字交叉法心算乘法格子乘法我国古代数学家怎样开平方?古希腊人如何开平方?牛顿如何开平方?电影剧照

《天才女孩》是马克·韦伯于2017年执导的一部美国电影。以下故事描述来自标题百科全书。

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在佛罗里达州中部的一个小镇上,七岁的玛丽(麦肯纳·格蕾丝饰)和她的叔叔弗兰克(克里斯·埃文斯饰)住在一起,弗兰克是一名偶尔从事奇怪工作的修理工。瑪麗周圍是許多成年的榜樣,他們對她幫助很大,而且非常積極,包括弗蘭克的鄰居羅伯塔(Octavia Spencer)和她的老師邦妮(Jenny Slater飾演)。玛丽也是一个聪明的大脑的数学天才。

弗兰克的母亲伊芙琳(琳赛·邓肯饰)认为玛丽属于一所更适合成年人的特殊学校,但弗兰克希望玛丽有一个更正常的童年——他认为这是为了妹妹,玛丽母亲的最后愿望。这场纠纷引发了一场关于玛丽未来监护权的法律纠纷。

今天,让我们来探讨一下玛丽在上学第一天就展示的两个口语问题。

瑪麗長大愛上數學,她在蘋果筆記本上學習數學,閱讀了一堆高等數學書籍,並在微學中嘲笑自己。她的叔叔(美国队长)把她送到一所普通小学,希望她能过上幸福平凡的生活,避免孤独和痛苦的道路。

开学的第一天,玛丽对老师提出的简单算术问题不屑一顾,不耐烦又无聊。邦妮小姐试图抑制她的敏锐度,并要求玛丽站起来回答这个问题。话题的难度逐渐升级。当邦妮问57×135时,多少钱?老师不知道答案,赶紧拿起计算器。计算出来的答案与玛丽的答案没有什么不同。

令邦妮女士震惊的是,玛丽计算出了答案的平方根。

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从容易到困难,让我们先探讨一下,如何计算57×135?最后,谈论任何心脏计数平方。

因为影片只回答没有解决问题的过程,所以我们要为自己推理,还原天才女孩大脑解决问题的步骤,看看普通人是否能完成任务。

< h1类"pgc-h-decimal"数据索引""01">乘法</h1>

玛丽很可能使用交叉方法计算乘法问题。心理过程如下图所示。

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你为什么要这样做?

看看下图,计算原理一目了然:

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将 135 和 57 分解为 130 加 5 和 50 加 7 可以通过横切计算。

< h1 类"pgc-h-十进制"数据索引 "02" >网格乘法</h1>

鉴于玛丽的家庭背景,西方数学界很熟悉,她可能会使用西方数学界熟悉的网格乘法。

所谓格网乘法,就是用几经线来表示一个乘数,用几条纬线来表示另一个乘数,用多少条经纬度线形成网格多少个交点才能得到答案。以汉字为例,计算3×3可以写一个"田"字,9个交集的个数,得到3×3×9。

现在我们使用网格乘法来计算135×57。

在纸上绘制 140 条经线和 60 条纬线,得到 8,400 条交叉线。减去额外的交叉点以获得答案。

额外的5条中观线产生5×60 x 300个交叉点。

额外的 3 条纬线可产生 3×140 至 420 个交叉点。

有3个×5到15个交叉点重复。

因此,列计算结果如下:

8400—300—420+15

≤8400—705

≤7694

<h1类"pgc-h-decimal"数据索引"03">如何对我国古代数学家进行平方?</h1>

现在让我们看下一个主题:

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我们将答案的准确性设置为小数点,并保持有效数字。

让我们先想想古代数学家是如何平方的?

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中国古代数学家都是用一个完整的平方公式来开平方的,这种方法适合于心算。

首先,可以确定7695的平方根整数部分是两位数,十位是8。

那么你怎么确定呢?

(a+b)²=a²+2ab+b²

=a²+b(2a+b)

a已被确定为80,确定b的思路如下:

正方形面积为 7695,减去 6400 的大方块面积,还剩下 1295 个。

b(2a+b)&lt;1295

b(160+b)&lt;1295

可以看出,b更合适,b s8大于1295。

7(160+7)

=1120+49

≤1169

现在 7695 的平方根整数部分已确定为 87,下一步是确定小数点后的小数位数。

∵1295—1169=126

∴b(2a+b)&lt;126

把a-87放到上层阶级

b(174+b)&lt;126

那么,什么应该是零呢?

如您所见,b 大于 126,因此

b=7

算:

0.7(174+0.7)

=70+49+2.8+0.49

≤121.8+0.49

+122.29&lt;126

答案保留一个小数位,需要计算到小数点后两位,然后舍入以保留一个有效数字。

不想继续开,怎么办?

可以计算87.752 s 87.75 ×87.75。

使用横切进行计算。

请看下图。

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因此,已知7695的算术平方根在第一位数字为87.7之后保留了小数位。

这两个问题都讲完了,我想普通人按照上面的方法也可以算出来。

开平方是一个不可避免的问题,钩存量定理、余弦定理、二次方程、三斜面积等都涉及开平方。让我们回顾一下平方的历史。

<h1类"pgc-h-decimal"数据索引"04">古希腊人是如何方形的?</h1>

古巴的Biren,古希腊人(例如阿基米德,海伦)和计算机平方方法都是迭代的。

什么是迭代?看看下图:

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开平方的迭代方法包含计算不合理数的一般思路,即逐步接近有理数不合理数的分步逼近方法。逐步逼近是科学计算中广泛使用的常用方法。迭代方法的本质是收敛和自动纠错。即使初始值错误,也可以计算出相对接近的近似值。

应该如何设置平方根的初始值?建议使用一个好的近似公式,请参阅下图:

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计算平方根的近似公式

示例 (1):计算 17 的算术平方根

很容易知道,根数17的整数部分是4,换成上图中的公式,下面的结果可以通过口头计算得到:

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计算根编号 17 的初始值

初始值为 4.125,按迭代平方,过程如下所示:

X₀=4.125

【4+(17-4×4)÷(2×4)=4.125】

X₁=4.1231060606

(X₀+17/X₀)÷2=X₁=(4.125+4.12121212121)÷2=4.1231060606 (17÷4.125=4.121212121)

X₂=4.12310562561768

(17÷4.12310606060606=4.12310519062931)

X₃=4.12310562561766

【X₃=(X₂+17/X₂)÷2】(17÷4.12310562561768=4.12310562561764)

与带有自己的科学计算器的Windows 10系统的比较结果如下:

根号17=‭4.1231056256176605498214098559741‬

迭代法是除法和算术平均值的循环。

<h1类""pgc-h-decimal"数据索引"05">牛顿如何平方?</h1>

基于牛顿广义二项式定理的无穷阶方法打开平方。

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大英图书馆的前现代雕塑:《计算》中的牛顿

无穷大数法

1661年夏天,牛顿离开家乡乌尔索普,进入剑桥大学三一学院学习。1663年,牛顿开始阅读欧几里得几何,然后研究笛卡尔的几何(蕾妮·笛卡尔引入了坐标系,创造了解析几何学,并于1637年出版了《几何学》和他的方法论,这为牛顿和莱布尼茨随后提出的微积分提供了基础)。1665年初,牛顿发现了广义二分定理,然后提出了"流数法"(微分)。1666年,牛顿发明了"逆流数法"(积分)。虽然牛顿当时在剑桥大学是一个没有名字的人,但他对数学的贡献和非凡的成就是显着的。

如何用一句话描述二项式定理?

将两个数字之和的"任何实功"扩展为 和 的形式。

1654年,帕斯卡建立了一般正整数幂的二元定理。1665年,牛顿在先前研究的基础上,继续将指数作为分数数和负数进行探索,并发现了广义求值定理,该定理将求值定理从特殊阶扩展到一般和无限阶,这是一项了不起的成就。牛顿发现,使用无穷大数进行扩展,不仅解决面积问题非常方便,而且可用于开边操作和并行计算。这将对牛顿繁重的天文计算非常有帮助。牛顿将一个数字扩展为一个无限数,计算到小数点后的第55位。

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两项扩展

上图是无穷数法的数学原理。展开的正方形如下图所示:

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开方和开平方取倒数第二个两项扩展器

请欣赏一个牛顿的例子,寻找根数7的近似值。

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截图 1

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截图 2

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截图 3

让我们看另一个例子:215的平方根是由无限数量的数字来测量的。

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215 平方

< h1类"pgc-h-decimal"数据索引"06">电影</h1>

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奶奶出来了。

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它不像权力派系那样美丽。

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黑板上的QED是拉丁语的首字母缩写,相当于中文的证书或证书。

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这部电影相当温暖,推荐给大家看。

2014年最强脑招揽中国雨人周伟

演出是16位数的开场14次,现场观众惊叹不已。

还有比这更糟糕的吗?

是的,印度女人Shakuntara计算了201位数字来打开23次,答案是九位数字。她的速度击败了当时世界上最好的电脑。

在一本杂志上发表的一篇文章中,华罗轩剖析了快速计算的奥秘。阅读下面的链接:

"转载"算法开中"天才与锻炼"(文字/华罗轩)-今日头条:https://m.toutiao.com/is/JTc6K1e/

科学尚未普及,媒体需要努力工作。感谢您的阅读。

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