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香港中學生挑戰無解難題 以理性探尋數學之美

撰文:謝德勤
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數學被譽為「科學之母」,是不少科學的研究基石,讓我們更加理解這個世界,就如愛因斯坦用「E = mc²」開啟通向浩瀚宇宙的大門一樣。香港有不少年輕人同樣被這些奇妙的「火星文」吸引,當大部分中學生苦惱於背誦考試公式,他們卻在數學研究中自得其樂,更嘗試超越前人腳步,探索未被世人發現的公式和定理,到底有甚麼吸引他們投入其中?

恒隆數學獎每屆吸引不少中學生報名,最新一屆有近四十間中學、逾六十支隊伍參賽,並在上月(2021年12月15日)舉行頒獎禮。有得獎者認為比賽與別不同而決定作出新嘗試,亦有人以數學家的頭腦計算「成為數學家」的賺與蝕,他們各自懷着不同的想像研究數學,卻不約而同在比賽中發現數學獨有的美與神奇。

蛋撻中誕生的線性聯立方程

香港培正中學的學生在2021年恒隆數學獎中勇奪兩項大獎,包括金獎得主、現正在英國倫敦帝國學院攻讀數學的陳祉軒。他自小熱衷數學,中學時更把部分數學課時間轉為自主學習,由碩士生師兄帶領研讀大學程度的課本。站得高,自然能看見一般人發現不了的景色,「數學不單是加減乘除,當中涵蓋邏輯運用,證明的過程和結果都很美、很神奇。」陳祉軒說。

過程當然不只有美景,也有不知道終點在哪兒的情況。他形容數學研究像堆積木,堆得愈高不一定愈接近終點,反之可能在求證過程中崩塌,一次又一次重新出發。而為他打氣的,就是家人和領隊老師準備的美食,「(比賽期間)我幾乎日日都食蛋撻!」一年多前定下的比賽題目,因DSE考試暫且擱下,直至暑假才重新開展,終於,就如生物學家在叢林中發現新物種,他建立了一種未被發現的線性聯立方程和抽象代數結構關係。雖然成果未能直接應用於日常生活中,「但它提供了一種看待方程問題的新角度,而我們知道方程往往是解決數學問題的關鍵。」就因為這道神奇的風景,他決定畢業後到國外攻讀數學,希望拓展國際視野,深造數學。

陳祉軒在中一時聽着老師解釋連續函數的熱誠,自己也被感染,從此喜歡上鑽研數學。

計過度過 研究數學不會「蝕」

要站得高,除了徒步前往,還可以站在巨人的肩膊上。銀獎得主、香港培正中學中六學生羅安琪,因為初中一次俄羅斯遊學旅行,讀到關於加減乘除運算及數字定義的論文,改變了數學只是「1+1=2」的簡單想法,「數字的定義有着一套嚴謹的證明與系統方法,讓我好震驚。」

這次震撼為她打開數學之門,開始鑽研數學。當看到師兄師姐參加恒隆數學獎,用「火星文」講解研究題目時,她亦希望成為其中一分子。雖然升中三的暑假未能提交論文,卻讓她更努力學習,亦更享受埋首獨立於日常世界以外的純數(pure mathematics)宇宙。不過她笑言自己不是大家想像中孤僻的數學家,她也有各種喜好,也喜歡和朋友出外玩,只是她已立志升讀大學後研究數學,以數學的語言說服他人,這個決定一樣經過「精密計算」。她形容研究成果可以帶來無比的成功感,失敗卻不會損失甚麼,「無論怎樣計算,答案都是『正數』,一定不會蝕。」

羅安琪是少數在比賽中獲獎的女生,不過她認為數學能力與性別無關,這更可能是傳統刻板印象對社會的影響。(龔嘉盛攝)
香港培正中學校長何力高先生(中)及領導老師李灝峰先生(右一)全力支持羅安琪發展對數學的興趣。(龔嘉盛攝)

參與另類數學比賽 投入自由研究世界

銅獎則由聖保羅男女中學的賴煒諾奪得,他自小已在各式數學比賽獲獎無數,早已體會到「數學是科學之母」的道理,讓喜歡科學與研究的他對數學愈發感興趣。

踏入初中以後,他決定作出新嘗試,參加與常規比賽截然不同的恒隆數學獎,正因為比賽以研究為先。「常規的數學比賽已有固定答案,而恒隆數學獎則涉及更多未知,兩者各有特色,都涉及高階數學,但從研究中找出規律和證實命題的過程非常有趣,是全新的嘗試。」加上命題由自己決定,須從書籍中發掘有趣構思,再一步一步摸索的過程也讓他樂在其中。學者型的他正考慮向研究方向發展,尋找心儀的學科。

身經百戰,他指出如何計劃在適當的時候完成不同的目標非常重要,像他自己就於五月時定立題目並開始準備,然後集中在沒有考試的暑假深入研究,便能兼顧考試與心儀的比賽。

賴煒諾表示,小時候家人為其準備不同的數學題目,啟發他對數學的興趣。

三位得獎的中學生鍾愛數學的理由各異,但不約而同地從純數中鑽研出全新領域,以各自的步伐向數學家之路進發,為人類充滿無限可能的未來作出貢獻。

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