“这么回事。”我画了张图,把各个点标注了出来。
“θ是一个希腊字母。不过,现在我们只要把它当成一个表示角度的字母就行了。表示角度的时候经常会用到它。”
“嗯嗯……啊,y要比稍微大一点喵!”
“y会在 0 跟 1 之间移动……啊,不对!还有负数呢!”
“嗯。教别人也能提升自己呢。”
“……嗯,是啊。”我表示同意。
如果你也想成为数学家,
那你就必须有这样的觉悟:着重为了未来而工作。
——《关于数学的三次对话》[5]
一旦毕了业,我们就该各奔东西了。
“就是这样。”我说道。
-1 ≤ sinθ≤ 1
“喔喔,原来如此。”
“诶?这就是 sin、cos 的 sin ?”
“知道了,你说它叫西塔,那就叫西塔吧。”
我们默默地走下灯塔,沿着漫长的沙滩并肩走着。
“那 cos 是什么呢?”
“是我不好,没经你同意就去游乐场玩儿,对不起。”
“……我都不知道。”我过了一会儿才开口道。
“是呢。点P在x轴上嘛。”
“……谁建议你的?”
米尔嘉要留学?也难怪。以她的能力,美国只是小意思,她应该在更广阔的世界学习更丰富的知识。她有这份实力。
轻轻舔了一下我的脸。
“我们能知道精确的值么?”尤里问道。
“中心角在圆上形成的圆弧的长度。这个圆弧的长度与半径的比所表示的角度就是弧度。比如说在半径为r的圆上,60°形成的圆弧计算如下。是半径的倍,对吧?因此,60°等于弧度。”
“……不相信你。”尤里拿怀疑的眼光瞪着我。
我想了想。
“你个笨蛋,‘不甘心’能改变什么?‘真丢脸’又能改变什么?就算你难受消沉,世界也不会因为你而有一丝改变。”
米尔嘉的语气忽然轻柔了许多。
我妈这句话让尤里一下挺直了身子。
“我说的这点很重要啊。——然后,我们就能马上得出 sin 30°的值了。”
“……”
“我们聊弧度来着。”
“最近啊,我朋友总问我数学……”她说道。
“笨蛋!”
我深深叹了口气,转头看向她。
可是,如果今后我更深入地研究数学,教人会不会变得非常难呢?随着不断接近数学的本质,刚从山里挖出的原石、刚从海中捞上来的贝壳或是刚摘下来的果实……这样的东西不就会越来越多吗?虽然我不知道它们真正的价值,但它们是那么美丽,那么充满生机。我能把这些教给别人吗?
60°等于弧度
尤里抬起头。图上多画了两个点 ——A跟Q。
转了θmod 2π 弧度
我无视了她语气中的困惑。
我一直都这么孩子气。
“反正……你肯定又在想‘真不甘心’‘真丢脸’吧?”
“天台。”
“对,这就是y!你的答案是?”
我们穿过小路,纯白的灯塔映在碧蓝的天空上。
“哦哦……原来这么简单呀。”
“这是正三角形,对吧?”
“有些地方的确是理解了,但是说不上‘完全理解’……”
“原来如此喵!正弦曲线……我好像明白一点了。”
“话说回来,之前在游乐场,米尔嘉她……”
“再精确点的值就是,我们可以这么写。
“对啊。”
我跟尤里之间的这种毫无成果的交流持续了约 20 分钟。
“是这样。”
“真的真的。她肯定是跟我们讲哥德尔不完备定理。”
可以看到那很遥远很遥远的远方的海平面。
高中毕业以后,米尔嘉要去留学。
“好,好。”
“可是,我也教不了一群人啊。泰朵拉你在听我讲的时候,会经常问一些问题,比如‘这里我不明白’。你问的问题可帮了我大忙呢。没有这些问题,我就得一边想着‘她明白了没有啊’一边往下讲。”
到了车站,我们乘上电车,并排坐下。
“等我一下啊。”
“为了画正弦曲线。我们列个θ跟 sinθ(即y)的关系表吧。”
“你不说我哪知道啊。”
“你在说什么?”
这……让我很不甘心,很丢脸。
泰朵拉拨弄着用手帕打出来的结,开口说道:
“嗯,我也觉得很高兴啊。”
“正弦曲线出来了……咦?不好意思哥哥,我不明白。虽说刚才我们画的单位圆跟这个正弦曲线形状不一样,不过我想问一下,它们是同一个图吗?”
我想过高中毕业以后,跟米尔嘉去同一所大学吗?
我刚在车站的月台上站定,就闻到了大海的气息。
我为什么非得道歉啊。
“有人建议我高中毕业以后,去美国的大学留学。”
这是一个循环。
唉……真是让人哭笑不得,女生还真麻烦啊。
“……”
“为了什么啊?”
“有人建议我去留学。”米尔嘉重复道。
“很多很多事都……对不起,我这么不振作,对不起。”
“对对。”尤里说道,“所以,嗯……如果从上面的顶点P笔直地向下引一条直线,就能构成直角三角形 △POQ。然后,因为边是边的一半,所以是。因此y的值取的平方根……”
我一头雾水地被她拉着出了学校。
“呃……我不是那么算的。”尤里说道,“如果正方形的边长为 1,对角线不就是么?要想把对角线变成 1,拿整个正方形除以就行了。这样正方形的边长就会变成,对吧?给分子分母同时乘以,就得。”
正弦曲线
“嗯嗯。”
“这个时候,点P在圆的最上方,是吧?”
“啊,对了,”我想起一件好事儿,“米尔嘉正在考虑春假的活动呢。还记得不,说是要讲我们以前说过的那个‘哥德尔不完备定理’。她让我也把你叫上。”
“嗯……怎么说呢,要是我能‘唰唰’地理解,就会想‘我明白啦,往下讲吧’;要是我不能‘唰唰’地理解,就会想‘麻烦死了,别再讲啦’。可是,哥哥你不一样,你一直不慌不忙的。”
“那就好。”我点点头。
“说得简单点哈。”
“我要研究数学。在那边上大学会很忙,但是应该能尽情研究数学。今年我去了很多次美国,还参观了双仓博士的研究所。”
“比感觉自己明白了强得多。也就是说,懂得‘这本数学书上写的内容可能是这个意思,不过实际上,我自己可能并没有搞明白’就行。”
我偷偷瞟了一眼米尔嘉,她正在透过车窗望着窗外。
“我们看θ这个角的时候,实际上看到的是商集的一个元素,也就是属于 {2π ×n+θ|n为整数 } 的无数个角的重合。”
我们从正面进了灯塔。螺旋楼梯坡度很陡,一直延伸到了塔顶。
星期六。
“噢……”
这……我……我在干什么?
“诶?你以为我们是为了什么才计算 sinθ的?”
“没必要着急呀。因为数学是经过成百上千年才发展到现在这个样子的。各个时代最杰出的人物绞尽了脑汁呢……在现在的数学书上写着的符号、式子和思路产生之前,数学家们应该是在一条我们无法想象的漫长道路上煎熬着。所以,我们一下子看不明白也不要紧。倒不如说,不明白可能更好。”
“消个毒吧。”她一下子把脸靠了过来 ——
“嗯,很好。这样我们就知道θ分别为 0°, 30°, 45°, 60°, 90°时的 sinθ的值了。当角度超过 90°时,我们就要利用 对称性。”
“单位圆。”尤里复述道。
“喂喂,话说,还不讲正弦曲线呀?”
尤里认真地盯着图看。
“就是这么简单啊。”
y= sinθ
“在谈 cos 之前,我们来研究一下 sin 的具体值。比方说,当θ为 0°的时候,sinθ是多少?”
天呐!
“……”她瞟了我一眼。
“因为圆是左右对称的,所以 sin 120°等于 sin 60°。看了下面这张图,你肯定就会明白意思了。”
来来去去,反反复复 —— 一浪又一浪。
“比如说呢?”
“我……我就是个小孩,一个总在同一个地方来回转圈的小孩。”
“噢。”我说道。
sin 90° = 1
“喵来如此。原来我们能自己计算出 sin 45°啊。”
我把装面包的袋子塞到口袋里,站起身伸了个懒腰。
我到底在说什么啊?
就这么你一句我一句地说着说着,尤里的话慢慢地变少了。我回到了自己屋里,她也默不作声地跟了进来。
“sin、cos…… 我对三角函数特别头疼。”泰朵拉说道。
“聊 360° = 2π 弧度之类的……”
“喔……”她盯着我的脸。
“是吗?我还以为你理解得很透彻呢。”
“因为把 1.4 平方,就是 1.42 =1.96。也就是说,1.42 约等于 2。”
“对。比如说,假设我们需要思考 360°是多少弧度。如果设圆的半径为r,那么与 360°对应的圆弧 —— 整个圆周 —— 的长度会是多少呢?”
“喔……”
米尔嘉注视着脚边的沙子,而我注视着米尔嘉。
泰朵拉像转动仪表盘的指针似地,把筷子转了一圈。
尤里板着脸,一直不说话。
“我觉得学长你很会教人,很了不起。”
“θmod 2π 也聊了?”
“老师在课上的剩余时间里,讲了一点正弦曲线。不过我没听明白。”
对于这种来来往往没有上限的循环,我彻底认输了。真没办法呀。
“学长?”
“……那你知道 sin 45°是多少吗?”我问道。
“接下来你就自己研究看看吧。”“呵呵,哥哥你可真够意思。”
“……”
“有一点我很在意,就是在单位圆的图上能看得到x,y,θ,但是在正弦曲线的图上就只能看到θ跟y——算了,先不说这个。那个……哥哥。”
“……”我的胸口,渐渐冰冷。
“午休那会儿,你去哪里了?”米尔嘉擦拭着眼镜冲我问道。
“点P在圆周上运动的时候,角θ会随之变化,对吧?”
“对对。”
“……”
“sin 是θ和y的关系,对吧? cos 就是θ和x的关系。”
“为什么?”
“嗯。那 2πr是半径r的多少倍呢?”
θmod 2π
“纸。”米尔嘉说道。
尤里神气十足地点点头。
“上次我们出去玩儿来着。”我说道。
只有微风轻轻吹拂而过。
“不是哦。你从刚才那张图里找找θ= 45°的情况看一下。”
“人家都说已经明白了啦!”
该关系满足自反律、对称律、传递律,也就是等价关系。我们用这个等价关系除以实数集。”
“没错。弧度是用‘圆弧的长度’去测量‘角度的大小’。但是,如果圆的半径变成原来的两倍,那么虽然角度不变,但是圆弧的长度却会变成原来的两倍。因此,我们才通过‘圆弧的长度是半径的多少倍’,换言之就是‘圆弧的长度与半径的比’来表示角度。”
“你不信我。”我察觉到自己这话有些欺负人。
“我明白了。!”
“消毒完毕 —— 有海水的味道。”
我妈一边倒着茶一边说道:
我妈感觉气氛很不妙,一下子躲回了厨房。
我必须彻底接受这个事实。
这个……归根结底,amodm这个式子本来指的就是“a除以m而得到的余数”。也就是“以m为模的余数”。例如,17 mod 3 = 2。这是因为,17 除以 3 而得到的余数是 2。一般人们会把amodm中的a和m都视为整数。
“是没错啦。利用勾股定理……”
“泰朵拉是个好女孩儿,对吧?”
这是在当前这个时间点,我能做到的。首先,要从这一步开始。
“你看不到螺旋。”
1萩尾望都,生于 1949 年,日本漫画家,女子美术大学客座教授,代表作有《天使心》与《波族传奇》等。——译者注
“啊,抱歉,我有点走神。”
尤里往笔记本的一角凌乱地列着式子,计算着。
“双仓博士。美国数理研究所的所长,我的阿姨。”
“不是的。我只是……想告诉你。”
虽然她装出一副若无其事的样子,但我知道她在注意我这边。
“那个……哥哥,人家还明白了一件事。这件事跟数学无关,跟我自己有关。哥哥,我好像太着急往前赶了。比如刚刚,我听完了 sin 就马上想听 cos……我总是着急忙慌地想往前赶。”
“噢!噢噢!这是……”尤里探出身子。
“没错。”米尔嘉看向我这边说道,“例如,对于两个实数x,y,我们试着思考一下下面这种关系。
“噢,原来如此……”
尤里越来越不服输了啊。
“没错。”
“不不,就算是数学家也没人敢说‘完全理解’呀。”
“这边。”出了车站,她拐进了一条小道,头也不回。
“那边。”米尔嘉说道。
“弧度是角度的单位,对吧? 90°等于弧度,180°等于 π 弧度,360°等于 2π 弧度……这些我已经理解了。我也明白弧度跟度成比例。可是……话说回来,为什么 360°等于 2π 弧度呢?说真的,我不明白。”
现在是午休时间。我跟泰朵拉在天台上吃着午饭,晴空万里。明天是结课典礼,后天就开始放春假了。
我又重新画了张图,将那些能马上求出 sin 值的点标注在了圆上。
“啊,我有点明白了。”泰朵拉说道。
“泰朵拉是个好女孩儿,对吧?”
“为什么不能用 360°呢?”
“那个……我……我……”
“什么都没跟你说,是因为我之前还没想好。”她说道。
“嗯……,不对,是。”
“哥哥,我想让你教我 sin 和 cos 喵!”
“嗯,很好。因为约等于 1.7,所以 sin 60°约等于 0.86。”
从灯塔上面看到的大海,竟有这么美啊。
“就是说持续燃烧下去的爱情,要比剧烈燃烧却立即消失的恋情更重要呗。”
“诶?”
“这个当然啦。因为点P的y坐标是P的高度嘛。”
“诶?”我把歪了的眼镜重新戴好。
“哦哦。”
“那你知道 sin 60°是多少吗?”我问道。
“西塔?”
反过来,弱小的我又该如何?对于我来说无可替代的女生想展翅飞翔,而我只能说些风凉话……我真孩子气。
“就是重复同一件事情。”
“到了。下车吧。”
“那个,那个,那个……学长还要再跟我一起吃午饭哦。”
“是吗,那很好啊。”
“嗯……是对角线的长度为 1 的正方形的……边长?”
春天的海。
“你要去,对吧?”
“尤里你把看图的基本方法给忘了么?看图的时候要注意数轴。刚刚我们画单位圆的时候,横轴是x,纵轴是y,因此这个单位圆表示的是x跟y的关系。在我们刚刚画的正弦曲线里,横轴是θ。正弦曲线表示的是θ跟y的关系,也就是说,是下面这样。”
“没错。因为当θ等于 0°时,y等于 0。”
米尔嘉沿着楼梯一步步向上爬,我也只好跟着她爬上去。
我差点跌倒。这一瞬间过后,我意识到这份冲击是疼痛。
“你已经……决定了?”
“啊,我懂了。”我说道,“假设一点在圆周上不停转动……嗯,当只转了θ弧度时,这一点的位置和转了θmod 2π 弧度的点位置相同,对吧?”
“然后,sin 360°就会回到 0。你看出正弦曲线了没?”
“根据‘圆弧的长度是半径的多少倍’去思考弧度,就会很简单。”
“不不,用计算来求。你想象一下正方形的对角线就行了。”
“嗯?”米尔嘉转向我这边。海风掀起她的长发。
可是,我听到了这些,又该说什么才好呢?
我画了一个以原点为中心的单位圆。
“人家已经明白了啦。”
“这个……就是求下面这个y呗。”
她突然换成了撒娇般的猫语。
“哦……”
“那个……我很庆幸自己能来这所高中上学。”
“因为是用 2πr除以r,所以得 2π 倍 ——啊!所以是 2π弧度?”
xmod 2π =ymod 2π
“……”米尔嘉抬起头。
“我会努力不让自己消沉的。”
“嗯嗯。”
明明都没跟她聊过以后的打算……
“红了。”她指着我的左脸。
“超过 180°以后,加个负号就行了。”
尤里沉默着,用双手来回摇晃着我的椅子。
“要用类似量角器的工具吗?”
“……”
米尔嘉突然站了起来。
“什么事情?”
涌来,又远去的 —— 海浪。
“没错。△POA是正三角形。因为边跟边是圆的半径,所以长度相等。也就是说,∠OPA跟∠OAP相等。又因为∠POA等于 60°,而三个角∠OPA、∠OAP、∠POA的和是 180°,所以到头来三个角都是 60°,因此是正三角形。”
“那就是说,我已经……已经不能继续待在你身边了?”
“对。”米尔嘉点点头。
“y等于 sinθ。根据角θ来确定y?”
“喔……”她重新戴好眼镜,看着我的眼睛。
尤里慢慢摘下眼镜,把眼镜腿叠好。
我们打开白色的门,走到外面。宽阔的海洋顿时占据了我们的整个视野。
“我用单位圆来讲吧。单位圆就是半径为 1 的圆。”
“自己学习跟教别人,看起来很像,实际上却天差地别。”泰朵拉说道,“老师们真不容易呀……原来我还很不满,觉得‘这是什么啊,能不能讲明白点呀’,现在才知道教人原来这么不容易呀,更何况还是教一群人。”
“……”
电车沐浴在温暖明媚的日光下,缓缓前行。这是要去哪儿呢?
“就算你难受消沉,世界也不会因为你而有一丝改变。”
“别迷恋消沉的自己了!”
“喔,挺好的嘛。”
然后又回到了“循环”的状态。
“没错。sin 270°是 -1,sin 90°是 1。”
她用指头挠了挠鼻尖,自言自语说了句“不对……”。
“相应地,点P的y坐标也会发生变化。”
“喔喔。”尤里点点头。
“那个……米尔嘉。”
“你都没跟我说!米尔嘉大人跟哥哥,两个人去的?”
“我……”
y= sinθ和x= cosθ的关系
“了解。”
我跟尤里在我家餐桌前吃着咸仙贝。
“怎么回事?”尤里问道。
米尔嘉怒气冲冲地抬着手。
“不明白也行吗?”
“有人建议我去留学。”米尔嘉说道。
“嗯……应该是 0 吧?”尤里想了想回答道。
“原来如此。”
“……就这样,我给尤里讲了正弦函数。”我说道。
脸上挨了米尔嘉的暴击,现在还在一阵阵作痛。
米尔嘉说着,温柔地微微笑了。
“对对。把这些点流畅地连接起来的话……”
我拿出笔记本,画了张图。
……不过,尤里,你在笔记本上计算的时候把式子写开一点,别写得那么挤,在本子角落里写得密密麻麻得可不行。”
“假设圆周上存在一点P,我们把下图里的这个角度称为θ,读作‘西塔’。”
“你就自己闹别扭去吧。”我转过身面向桌子。
米尔嘉走得很快,我跟在她身后。我们穿过大道,走过十字路口。在反常的时间走平常上学时走的路,感觉有些奇怪。
“可以倒是可以……你课上学到了?”
“诶?”
“……”
“这样一来,我们就能求出 sin 45°的值了,它约等于 0.7。”
“先不说这个,赶紧给人家讲 cos 嘛~”
不过,感觉堵在心里的东西消散了。
“没错。在这里,我们假设θ从 0°到 360°转了一圈,此时 sinθ,也就是y,会在什么范围内移动呢?你知道吗?”
“人家来连!”
“对对。你注意到什么没有?”
“喔喔。”尤里点点头。
“当点P在单位圆的圆周上运动时,y的值会随着θ的变化而发生什么样的变化呢?我们把这种‘表示θ与y的对应关系的函数’叫作 sin 函数。”
“诶?它是 sin 90°的一半,所以是吧?”
“泰朵拉是个好女孩儿,对吧?”米尔嘉说道。
一个游客也没有。
“原来如此。原来这种地方也有等价关系和商集呀。”
……
换言之,它们的关系就是‘以 2π 为模,x,y同余’。写成下面这样更容易理解一些吧。
“你是怎么算的?”
“那个……我很庆幸自己来了以后,马上就给学长你写了信。”
“你脑子很聪明。看看周围,用你那聪明的脑子好好想想。大家都喜欢你。泰朵拉、盈盈、尤里、你妈……你难受消沉了,大家都不会开心的。所以,别再消沉下去了!”
海水的味道很强烈。
“对。也就是说,sin 0° = 0。”
“比如说,在学三角函数之前学过的弧度……”
米尔嘉放下手。
“不过,我解释得不太顺,最后人家总会给我一句‘还是算了吧。’”
“你说……为什么不把人家也带上?”
“这不是停课……是逃课吧?”我说道。
实数除以实数而得到的余数……怎么思考才好呢?
不,不对。可是,原来如此啊……
“嗯,这样也可以的。对了,约等于 1.4 哦。”
“尤里你的话,应该能精确求出 sin 45°的!”
“不明白什么意思。对称性?”
“那下次我们一起去玩呗。”我说道。
我们,是通过螺旋来到这个世界的。
但是,我们原本,是属于地球的。
——萩尾望都 1《马赛克·螺旋》
“当θ等于 90°时,y等于 1。”
我一翻开笔记本,尤里就从胸前口袋里拿出眼镜戴上了。
“一圈用 360°可能是因为 360 的约数多。倒不是不能用……就是显得有些随便。因为 360 这个数是人为规定的。与其相比,用圆弧的长度与半径的比来表示角度就更为自然一些……不过这种表示方法也是人为规定的。”
尤里的语气里透出些许焦躁。她解开马尾辫,重新扎好头发。咦,尤里的头发还真是长啊。
哟,上套了。
转了无数圈后,我们到了塔顶。
“我跟泰朵拉吃午饭来着。”我迅速说道。
“因为是‘咻’地一下上去再‘咻’地一下下来,所以y的值在 1 跟 -1 之间。”
“所以,别消沉了……喂,别消沉了。”
“那个……我有一种‘实际上,我并没搞明白’的感觉。”
不过,她写的是θmod 2π。这指的是,θ除以 2π而得到的余数?
“唔……那我就看在米尔嘉大人的份上原谅你吧。”
“……”
“圆弧的长度是半径的多少倍?”
“怎么了?”
“决定了。”
标注出 (θ, sinθ) 的点
转了θ弧度
“诶?”我蹭了蹭脸,手上有淡淡的血迹。
因为是θ,所以是关于角度的?以 2π 为模的余数,是什么呢?
“嗯,能确定,能确定。”
“游乐场?米尔嘉大人?”尤里看看我,又看看我妈。
“啊,刚刚……”扇我巴掌的时候刮到了么。
“这个建议,双仓博士很久很久以前就提了,对吧?可是,直到今天为止,我一丁点儿都不知道。关于你今后的打算……”
可是……我开始独自思考。
“半径为r的圆周的长度是……嗯,是 2πr。”
米尔嘉说着,低下了头。
“不就是这个数吗?”尤里说道。
“着急忙慌?”
“别消沉了,别消沉了,别迷恋消沉的自己了!”
“是我的指甲挠的吧?”米尔嘉看着自己的指尖。
妈,你不要扔了个手雷就开溜啊……
“再精确点的值就是,我们可以这么写。”
“为什么啊?”
这时,我的左脸遭受到了巨大的冲击。
x≡y(mod 2π)
“如果θ的实际度数能确定,那么y的数值也就能确定。”
“有什么不满就说出来呗。”我说道。
“诶……”
“是这样的,对吧?我明白了。”
“还是哥哥你最好了!所以说,sin、cos !”
“诶?为什么?啊!明白了,明白了!把正三角形放倒,用 90°- 60° = 30°不就行了嘛。哥哥,sin 30°的值是吧?”
海浪一刻不间断地发出细碎的光亮。
她说的话很狠,但说得没错。
泰朵拉吃完饭,拿粉色的手帕把便当盒包了起来。
然后,她字斟句酌地开口道:
我刚回到教室,就碰见米尔嘉站在教室门口。
“嗯……喔,这样啊。P的y坐标等于P'的y坐标……也就是说,sin 120°等于 sin 60°,对吧?原来如此。那剩下的不就都能求出来了吗?超过 180°的话,加上个负号就行了。”
“我……”
“你……能看到所有的维度么?”
“没错。如果θ能确定,那么点P的y坐标也就能确定。我们把这个y写成下面这样。”
“所以,约是 1.4 的一半,约等于 0.7。”
“放了学,我找喜欢数学的朋友问了,不过还是没明白。那家伙讲到最后总是发脾气,然后就不说了。人家说没明白,他却反过来怪人家……我们总是吵架。”
下午课的预备铃响了。
“我们下午停课。”
“……真的?”
“你只能看到在圆周上转动的点。”
海浪爬升处,留下了许许多多的海草。
我刚把笔记本跟自动铅笔准备好,她就立马写了一个式子。