作者:國立台灣師範大學數學系教授 許志農
 
數學難題有很多
解決一題永流傳
 
《算術講義》這本書是將古典算術的題目,理論與方法深入淺出的介紹給中學生或中學教師參考。本書內容自成一系統,僅需具備中學的數學知識即可讀懂所有的各節;這也是寫本書的主要目的之一。另一個目的是要讓國人的算術知識有所提昇;並進而使它成為一種優良傳統。事實上,我們的祖先在算術上的成就是優於世界上任一個國家的。我們應該秉持這個優良的傳統。
 
本書分成很多個小節,有些小節介紹基本算術的技巧,有些講歷史上有名問題的作法、證法或想法。每小節後附有一些習題,大部份由本人自編,有些是參考整數論的書而來。事實上,幾乎每節都有可推廣作為一個小科展的體材,很適合作為中學教師指導資優生的參考書或高中數學研究社的研究教材。
 
本書原則上每節的內容很適合程度不錯的國、高中學生自行研讀;每節後面的習題難度較高,有老師指導較適合。每題習題若能在二十至四十分鐘內作答出來就算很有水準了,如果做不出來也不用氣餒,因為能做完所有習題三分之一的人就算很好了;如果能做超過一半的習題則算是出眾之人了。為了給對數學特別有興趣的同學有挑戰自己的機會,每節於習題之後附有一題挑戰題(一個小時內做出即屬不錯),並在每節的最後附上一則數學上有名的猜想,供各位同學參考及增加數學知識。如果自認對某習題的解法很獨到、有創意、或很簡潔則歡迎將作法寄給本人。
 
原則上,本書適合中學教師參考、進修、指導數理資優生、當作數理資優生的讀本或當作高中數學研究社的教材(因為本書沒有假設太多的預備知識)。尤其每一節的習題,都有一定的難度,很適合當作訓練資優生的範本。又目前各大學數學系都有自辦推薦甄選入學,一般推薦甄選的計算、證明題部份,就是設定每題在二十至三十分鐘的時間內做出來的。因此這本書也可以作為推薦甄選的模擬參考書。
 
本書承蒙師大數學系的蔡浣如許育瑋陳香如林玲誼陳昭蓉學生、游淑敏陳勇政助教、吳慧真洪瑞鎂陳穎希李佳奇林政輝蔡佩旻研究生,朱綺鴻鄭英豪蘇意雯博士生,師大附中林建位同學及師大科教所研究生黃明瑩劉善榜的細心校訂;北ㄧ女鄭國恭老師、建國中學曾政清老師、華江高中陳明峰老師的校稿及彰化師大數學系黃森山教授的指正,在此感謝他們。雖然已校訂過多次,但錯誤、疏失仍很難避免,希望諸位先進給予指正。
 
這本書的大部分內容曾經在建國中學北ㄧ女師大附中臺南一中臺中一中、三峽明德完全中學的數理資優班、師大數學系師大暑期四十學分班(數學組)及師大數學教學碩士班的“數學解題”課堂上使用過。
 
本書計有41回,目錄為:
 
1 迷人的勾股定理與漂亮的質數定理
2 千變萬化的不等式
3 有理數與一次因式檢驗法
4 數學歸納法
5 歐基里得輾轉相除法
6 中國剩餘定理
7 大家一起來猜數字
8 一題多解的幾何問題
9 祖暅原理與正投影面積公式
10 大家來算π
11 高斯五邊形定理‧‧‧稀少,但成熟
12 出人意表的證明
13 分數問題
14 大家一起來尋寶
15 詭論一則
16 鴿籠原理(抽屜原理)
17 逐步淘汰原理(排容原理)
18 有趣的數字問題
19 兩則算術遊戲
20 哈密頓定理
21 平面上有限個相異點至少可連結出多少種長度不一的線段
22 劉維爾定理
23 費氏數列
24 費馬小定理
25 畢氏數與費馬方程式
26 高斯引理
27 橢圓方程式(Elliptic Equation)
28 圓錐曲線上的格子點問題
29 質多項式的問題
30 平方和問題
31 格子點問題
32 同餘數與斐波那契問題
33 四平方和定理
34 代數整數與整係數質多項式
35 質數問題
36 李善蘭恆等式
37 佩爾方程式
38 一元三次方程式的判別式
39 希爾伯特第三問題
40 狄利克雷定理
41 再談佩爾方程式
 
許志農    敬上
2013年十月

作者:國立台灣師範大學數學系教授 許志農

『勾股定理』(一說『商高定理』或西方人說的『畢達哥拉斯定理』)與『質數定理』是幾何與數論上兩個基本且漂亮的定理。

相傳畢達哥拉斯成功地證明了勾股定理之後,感到欣喜若狂,便叫他的學生們宰了一百頭牛,舉辦了一場盛大的宴會,一連慶祝了好幾天。因此,這個定理又被暱稱為『百牛定理』。歷來勾股定理的各種證明層出不窮,直到今天為止,人們已經發現了四百多種有關勾股定理的證明。特別是在魯米司的《畢氏定理》一書就列了三百七十個之多。在這裡我們提供幾種賞心悅目、一目了然的證明:

閱讀全文:1 迷人的勾股定理與漂亮的質數定理

作者:國立台灣師範大學數學系教授 許志農

不等式問題常讓人有驚奇,摸不著邊,不知從何而降的感覺。大概是因為只看到漂亮的不等式,卻無從洞察製造這不等式的數學在哪兒(見樹不見林)。事實上,不等式問題經常是由幾何圖形或具有特殊性質的函數或生活中的模具所產生的。如何看穿這背後的黑手-圖形或函數或模具,是探索不等式問題的重點。

在這裡,我們提供了兩則可以多面向思維的不等式問題。當然也了提供了從各種不同的角度切入所得到的證明。這些證明讓不等式問題應驗了蘇東坡的名句

“橫看成嶺、側成峰,高低遠近、各不同”。

閱讀全文:2 千變萬化的不等式

作者:國立台灣師範大學數學系教授 許志農

一次因式檢驗法是指:如果整係數多項式

有一次因式(其中為互質的整數且),則整數必須滿足

事實上,另一種解釋是:如果最簡分數是多項式方程式

的一個有理根,則必有

閱讀全文:3 有理數與一次因式檢驗法

作者:國立台灣師範大學數學系教授 許志農

當你研究一則數學問題時,常會發生的事情是:你可以猜想到問題的答案或者是公式(不等式),但是卻沒有辦法證明它。如果你的公式(或者是不等式)是與正整數相關的式子。那麼數學歸納法將提供你一個便捷的證明方法。這裡的目的就是要提出一些利用數學歸納法解決問題的範例,以供讀者參考。

閱讀全文:4 數學歸納法