【生活】

2020/3/14 迎接全球首次國際數學日

張貼日期:Mar 11, 2020 7:4:53 AM

作者陳宏賓 副教授國立中興大學應用數學系)

The International Day of Mathematics is a project led by the International Mathematical Union with the support of numerous international and regional organizations.

一年也才 365 日(閏年再多一天),那麼誰有權力宣布一年裡哪一日是「國際 OO 日」?

A:聯合國教科文組織(UNESCO)。

又是誰向 UNESCO 提議要訂定「國際數學日」?

A:國際數學聯盟(International Mathematical Union,簡稱 IMU)。

IMU 是隸屬於國際科學理事會(International Council for Science,簡稱 ICSU)的數學學術團體,聯盟成員包括80餘會員國及專業學會。IMU 其中一項重要任務就是每四年舉辦一次國際數學家大會,開幕式上會頒發號稱數學界的諾貝爾獎—菲爾茲獎(Fields Medal)與其他重要學術獎項。而國際科學理事會(ICSU)和台灣頗有淵源,2011 年至 2014 年中研院李遠哲前院長曾擔任過 ICSU 的主席。2018 年 7 月 ICSU 更與國際社會科學理事會(ISSC)合併成為 International Science Council,中文名稱仍為國際科學理事會,中研院廖俊智院長目前是該會常務理事之一。

2017 年 4 月 7 日 IMU 秘書長 Helge Holden 發函各會員團體,徵詢是否支持設定「國際數學日」;如果贊成的話,建議挑選哪一天為「國際數學日」。2018 年 10 月 5 日秘書長通告決議推動制定每年 3 月 14 日為「國際數學日」,並向 UNESCO 提出建議。選擇 3 月 14 日是因為這天本身就是有數學特殊意義的「圓周率日 Pi Day」(若表示為 3.14恰好是圓周率的近似值,數學符號記為 π),各國許多數學迷早就在這天辦數學活動慶祝,例如:吃派(pie)、數學趣味猜謎、數學競賽、講座、表演及展覽…等。

經各國數學團體努力奔走遊說之下,聯合國教科文組織終於在 2019 年 11 月 26 日第 40 屆會員常會上通過這項議案,並通告全球從 2020 年開始奉行。UNESCO 預計今年 3 月 13 日在巴黎的總部—聯合國廣場,為這項決議舉辦正式的儀式。最新消息是這個儀式也宣布取消了,因為疫情也在法國開始有爆發的徵兆。

數學裡有政治,當然,政治裡也有數學啦。不知道大家有沒有注意到,這次的總統大選,民進黨陣營的其中一個宣傳梗「3.14 是圓周率,守護民主需要投票率」,就跟這次國際數學日有關。OS: 希望民進黨能飲水思源,1.11 守住投票率之後,這次號召民眾一起來守護圓周率啦XDD (想看影片請看這裡)

你可能會好奇,3 月 14 日可以辦哪些數學活動慶祝呢? 其實活動說起來五花八門,並沒有一個特別的形式,只要跟數學有關,你喜歡怎樣都可以。例如,位於紐約的知名數學博物館 MoMath 曾在這一天舉辦三種跟 pi 有關的比賽: 以 pi為主題的歌唱競賽、以 pi 為主題的打油詩競賽、三行詩競賽(限制每行音節數量分別為3, 14及15)。今年從明天開始一連三天也都有活動,第一天是專門給大人的數學遊戲,屬於聯誼性質,小孩子報名的話不只不能參加,還不退費XD,第二天才是給家庭的活動,第三天(就是 Pi Day 這天)則做一些和圓周率相關的活動。

MoMath大門的手把也設計成數學符號 π 造型 (圖片取自Wikipedia)

德國 IMAGINARY 數學團隊則是計畫深入非洲,在肯亞舉辦論壇—下一個愛因斯坦(Next Einstein Forum),結合IMAGINARY 推廣數學活動來響應國際數學日。(ps. 愛因斯坦生日剛好是 3 月 14 日)

去年在台灣,我也曾舉辦活動響應 IMU 的《國際數學日》行動,由中華民國數學會、國家理論科學研究中心以及國立中興大學理學院科教中心聯合支持,在中興大學辦理一系列富有數學趣味的推廣活動,包含[實驗][展覽][魔術][茶會][講堂]五個項目,其中實驗的部分藉由臉書社群號召全台學校(高國中小學)一同參加,開放登記才不到半天就爆滿,獲得熱烈迴響,最後有 40 多所學校共兩千多名師生參與進行《布豐投針實驗》,命名為《千人數學實驗企劃》。這麼多人共同進行一項實驗,而且還是數學實驗,話題性十足,也因此吸引了不少媒體(註)前來報導。

《布豐投針實驗》源自十八世紀的博物學家喬治-路易勒克萊爾,布豐伯爵(Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon)。1777 年,布豐發表了一份有趣的機率分析,成為幾何機率論的創始者。他好奇

丟一根針在等間距的橫線上,針與線相交的機率P是多少?

去年在中興大學活動現場的投針實驗設置,照片被選入國際數學日官網首頁 www.idm314.org

布豐的研究成果指出,如果針的長度 a 短於等寬橫線的間隔 b ,則答案是 P=2𝑎/𝜋𝑏。

和傳統機率不同的地方在於,傳統機率考慮的是有限的機率空間,藉由計算某事件發生的次數來評估機率,例如投擲一顆公正的六面骰子,僅有六種不同的結果,因此出現每一種結果的機率皆為 1/6。幾何機率面對的挑戰是無窮的機率空間,例如此處針投擲於紙上所呈現的針線狀態有無窮多種,因此,傳統機率採用的計數方法就不再適用。

對許多人而言,布豐推導出 P=2𝑎/𝜋𝑏 這個答案已經相當有趣。然而,直到 1812 年,另一位知名的數學家皮爾-賽門·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)在他的《機率論》一書中賦予了「布豐投針」另一層意義:

「我們只要把針丟在紙上,就能估算出 𝜋 的值。」

為什麼可以估算 𝜋 值?關鍵就在於這個等式 P=2𝑎/𝜋𝑏,已知長度 a 和 b,經過投針實驗後可以得到針線的相交機率 P,因此,依據等式就可以求出滿足等式的唯一未知數 𝜋 值應為多少,這個值就是對圓周率的估計值。想通了這個原理,景美女中的鄭佳瑜老師在企劃活動中自行設計一套教學教案,變化出三種靈活玩法,在課堂上帶學生做實驗估計圓周率之外,還可以隱藏針或間隔其中一個值,讓學生進行實驗再利用等式估計唯一的未知數,針長或者間隔寬(此時 𝜋 值就用 3.1415926… 來代入)。

我的母校鳳山高中數學科連崇馨老師也在摺紙上發揮創意,用一張紙摺出 𝜋 符號向圓周率致敬,並將摺法細部流程大方公開分享,有興趣的讀者請至連結下載。

鳳山高中連崇馨老師創作的 𝜋

還有許多老師的教案也同樣精彩,在此暫不一一詳述。接下來要說說有哪些慶祝活動正在台灣進行中。

本來,今年有一個大型慶祝活動,是由中華民國數學會、國家理論科學研究中心、數感實驗室以及科普活動:玩藝學「數學」共同在台北華山文創園區舉辦,因受疫情影響,在二月初共同決定取消,非常可惜,不過為了保護民眾生命安全起見,這是不得不為的明智之舉。

值得慶幸的是,將去年《千人實驗企劃》擴大十倍規模的《萬人實驗企劃》則是照常舉行,透過全台各學校教師的合作,在各自班級中帶領學生參加投針實驗,實現非聚眾的分散式集結,凝聚一萬倍喜愛數學的心意。

萬人實驗企劃全台響應地圖

3.14 當天上午十點,數學會和理論中心也將在線上舉辦直播節目,除了公佈萬人實驗企劃圖文競賽的得獎作品之外,另安排了精彩節目邀請民眾欣賞,有興趣的讀者請鎖定理論中心的 Youtube 頻道,節目表如下:

3.14 直播頻道

另外,台南永仁高中的于珮琪和葉書廷兩位老師,也籌畫了友善睦鄰的一系列數學活動,提供給鄰近學校提出申請,親自到校去帶隊操作,大力的推廣數學。在 3.14 當天則在永仁高中邀請嘉義大學嚴志弘教授舉辦遊戲與藝術融入數學體驗活動,詳情請參考他們的臉書粉絲頁《藝數永現.美形感仁》。

新創教育團隊《時習教育 LIFE in life》也特別為國際數學日設計了一款問答遊戲,免費提供索取,特別的是這款遊戲還增添了「#跟伴侶(#男女朋友)#一起玩」的成份,因為那天也是白色情人節,是不是很貼心呢 ^^

總而言之,不騙你,數學真的很好玩啦。

1. 國語日報 https://www.mdnkids.com/news/search_detail.asp?serial=111109

2. 新唐人亞太台 https://ppt.cc/fny29x

3. Yahoo奇摩新聞(1) https://ppt.cc/fupNBx Yahoo奇摩新聞(2) https://ppt.cc/fIZrCx

4. 中國廣播公司 http://www.bcc.com.tw/newsView.3254690

參考資料

1. 李國偉老師的臉書關於國際數學日的Q&A

2. 國際官網

3. 台灣官網