1、對稱美在高等數(shù)學(xué)中的應(yīng)用    核心提示：提要對稱美是數(shù)學(xué)美的一個重要組成部分，它普遍存在于初等數(shù)學(xué)和高等數(shù)學(xué)的各個分支。本文討論數(shù)學(xué)中的對稱美，并給出了對稱美在高等數(shù)學(xué)解題中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)美；對稱美；對稱性 中圖分類號：G64文獻標(biāo)識碼：A 引言 古希臘哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家普洛克拉斯曾說：“哪里有數(shù)學(xué)，哪里就有美，哪里就.提要對稱美是數(shù)學(xué)美的一個重要組成部分，它普遍存在于初等數(shù)學(xué)和高等數(shù)學(xué)的各個分支。本文討論數(shù)學(xué)中的對稱美，并給出了對稱美在高等數(shù)學(xué)解題中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)美；對稱美；對稱性 中圖分類號：G64文獻標(biāo)識碼：A 引言 古希臘哲學(xué)家、數(shù)

2、學(xué)家普洛克拉斯曾說：“哪里有數(shù)學(xué)，哪里就有美，哪里就有發(fā)現(xiàn)”數(shù)學(xué)美是數(shù)學(xué)科學(xué)的本質(zhì)力量的感性和理性的顯現(xiàn)，是自然美的客觀反映，是科學(xué)美的核心。數(shù)學(xué)美的內(nèi)容十分豐富，對稱美是數(shù)學(xué)美的一個重要組成部分，它普遍存在于數(shù)學(xué)的各個分支。 一、數(shù)學(xué)中的對稱美 （一）代數(shù)中的對稱美。對稱是代數(shù)中隨處可見的現(xiàn)象。譬如，實數(shù)a與-a互為相反數(shù)，復(fù)數(shù)a+bi與a-bi互為共軛復(fù)數(shù)，導(dǎo)數(shù)的運算法則，（u+v）'u'+v'，（uv）'u'v+uv'，這些有著明顯的對稱性。還有，原函數(shù)與反函數(shù)的圖像關(guān)于直線y=x對稱，偶函數(shù)的圖像關(guān)于y軸對稱，奇函數(shù)的圖像關(guān)于原點對稱，都

3、給人以賞心悅目之感。 例1古人發(fā)現(xiàn)的“楊輝三角”，又稱賈憲三角形、帕斯卡三角形，是二項式系數(shù)在三角形中的一種幾何排列。 1 11 121 1331 14641 15101051 它具有的性質(zhì)： （1）每行數(shù)字左右對稱，由1開始逐漸變大，然后變小，回到1。 （2）第n行的數(shù)字個數(shù)為n個。 （3）第n行數(shù)字和為2（n-1）。 （4）每個數(shù)字等于上一行的左右兩個數(shù)字之和?？捎么诵再|(zhì)寫出整個楊輝三角形。 “楊輝三角”形式上所具有的對稱美和諧統(tǒng)一，令人嘆為觀止。 例2似乎黃金分割點（在?棕0.618處）不是對稱點，但若將左端點記為A，右端點記為B，黃金分割點記為C，則=，而且C關(guān)于中點的對稱點D也是AB

4、的黃金分割點，因為=，再進一步，D又是的黃金分割點，C是DB的黃金分割點。由此討論下去，可以視為一種連環(huán)對稱。 （二）幾何中的對稱美。幾何圖形的對稱美是對稱美最通俗、最直觀的解釋。在幾何圖形中，平行四邊形是中心對稱的，等腰三角形是軸對稱的，球形最為特殊，它既是中心對稱，又是軸對稱，也是面對稱的圖形。正如畢達哥拉斯所說：“一切立體圖形中最完美的是球形，一切平面圖形中最完美的是圓?！闭怯捎趲缀螆D形中有這些點對稱、線對稱、面對稱，才有了美麗的圖案，有了巧奪天工的建筑，進而渲染出五彩斑斕的世界。 在幾何中，許多問題的解決也運用了對稱性原理。笛卡爾創(chuàng)建的解析幾何學(xué)可以說是美學(xué)思想在數(shù)學(xué)領(lǐng)域的成功運用。

5、在笛卡爾直角坐標(biāo)系中，代數(shù)方程與幾何圖形之間建立了一種對稱，使代數(shù)與幾何化為一體，達成完美的統(tǒng)一。而在各種曲線方程標(biāo)準(zhǔn)形式的推導(dǎo)中，更是充分利用了圖形本身的對稱性。 例3Couchy總喜歡把空間里過點（x1，x2，x3）的直線方程寫成對稱形式： = 其中cos?琢、cos?茁、cos?酌為直線的方向余弦；同時，他把曲面方程z=f（x，y）寫成對稱形式F（x，y，z）=0，這樣寫不僅美觀，而且便于書寫和記憶。 例4在笛卡爾坐標(biāo)系中，伯努利雙紐線?籽2a2cos2?茲關(guān)于坐標(biāo)原點對稱，坐標(biāo)原點是具有切線y=±x的拐點。曲線的形狀類似于橫寫的阿拉伯?dāng)?shù)字8，更像表示無窮大的符號。 二、對稱美

6、的應(yīng)用 （一）對稱美在微分學(xué)中的應(yīng)用。對稱現(xiàn)象在微分學(xué)中并不少見。如，連續(xù)與間斷，有限與無限，無窮小與無窮大，曲線的凹凸等概念前后呼應(yīng)，成對出現(xiàn)。在多元復(fù)合函數(shù)求偏導(dǎo)數(shù)時，可以利用函數(shù)關(guān)于自變量的對稱性簡便計算。 定義1（對稱多項式）若函數(shù)z=f（x1，x2，xn）中任意兩個自變量交換后，仍然表示原來的函數(shù)，則稱此函數(shù)關(guān)于自變量對稱。 結(jié)論：若函數(shù)z=f（x，y）在點（x，y）處可微，且f（x，y）=f（y，x），則fx（x，y）=fy（y，x）。 由結(jié)論可知，對于二元的關(guān)于自變量對稱的可微函數(shù)，求其關(guān)于y的偏導(dǎo)數(shù)，只需將函數(shù)關(guān)于x的偏導(dǎo)數(shù)中的x與y交換位置即可，此結(jié)論還可推廣到n階導(dǎo)數(shù)。 例

7、5設(shè)函數(shù)u=，r=，證明：+=0。 證明：··=，=+，由函數(shù)u=，r=關(guān)于自變量對稱，則=-+，=-+，所以，+=-0。 （二）對稱美在積分學(xué)中的應(yīng)用。對稱性在積分學(xué)中的應(yīng)用更是極為常見。在定積分的計算中，如果合理利用對稱性，則可以大大地簡化計算，達到事半功倍的效果。 例6計算積分dx，其中n為自然數(shù)。 解：令x=-t，可將積分區(qū)間化為對稱區(qū)間。 dxdt ±dt=0 例7計算積分ecosxdx。 解：令M=ecosxdx，可構(gòu)造對稱式N=esinxdx，則，M+N=esinx，M-N=ecosx，從而Me（sinxcosx）c，Me（sinxcosx）c。 三、結(jié)束語 綜上所述，高等數(shù)學(xué)中的對稱性，不僅給我們帶來了計算上的方便，更給我們的思維以啟迪，從而促進創(chuàng)造性思維的萌生。在數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師有意識地揭示數(shù)學(xué)中的對稱美，加強數(shù)學(xué)美的審美教育，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)美、欣賞數(shù)學(xué)美，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性必將會大大的調(diào)動起來，從而使我們的課堂展現(xiàn)出更強的活力與魅力。 論文發(fā)表 主要參考文獻： 1張清利，張國艷.由斐波那契數(shù)列談數(shù)學(xué)美J.北京廣播電視大學(xué)學(xué)報,200