蝉与数论
①大约七八年前(记不得是哪一年了),那年夏天美国的蝉特别多,不仅鸣声如雷,昼夜不停,扰人清梦,而且由于过多的蝉吸食树的汁液,树木也显得比往 年枯萎。大家都感到奇怪,为什么突然冒出这么多蝉来呢? 在蝉生命周期的四个阶段中,前三个阶段都是蛰伏在地下。只有到最后的成虫阶段才转出地面,吸食树 的汁液,寻找配偶进行交配,然后产卵在地下。到秋风起、寒露降时,这一代的蝉就在完成了自己的生命周期后死去。有一种美国蝉的生命周期是17年,那年恰好 是这种蝉生命周期的最后一年,成虫从地下爆发出来,形成所谓“大年”。还有另一种美国蝉的生命周期是13年,即每隔13年爆发一次。
②细心的科学家注意到17和13两个数都是所谓的“质数”。质数是数论中的一个概念,它是整数中的一类,除了1和本身以外没有其他整数因子。换言 之,除了1和本身以外,质数不可能被任何其他整数所整除。科学家心想:蝉的生命周期为什么偏偏是质数呢?在常人看来,这个问题似乎荒唐可笑,生命周期是什 么数难道还值得研究吗?但真正的科学家是不会轻易放过任何可疑线索的,一定要寻根究底,不水落石出决不罢休。
③科学家经过仔细研究,终于弄清楚了。蝉的生命周期长达十几年,在这漫长的岁月中,除了最后一年的夏天以外,都是在地下蛰伏,好不容易钻出地面见到 天日,蝉希望能好好利用这个一生只有一次的短暂机会。俗语说:“不是冤家不碰头”,蝉当然希望碰到的“冤家”越少越好。蝉的“冤家”——天敌和与之竞争的 昆虫都具有不同的生命周期:l年、2年、3年、4年……各种年份的都有。蝉以质数为生命周期是最佳选择,因为这样出土时可能碰到的“冤家”最少。以17年 生命周期为例:蝉的第一代出土时是上一代产卵后的第17年,因为17是质数,除了1和本身以外没有别的整数因子。它碰到的只有以1年为周期的一种“冤 家”,所以对蝉来说这是很聪明的选择,不妨称之为“聪明蝉”。这也可以从反面来分析:假如有另一种以18年为生命周期的“笨”蝉,第一代在18年后出土, 因为18不是质数,具有许多整数因子:1、2、3、6、9以及18。所以就会碰到许多“冤家,包括1年、2年、3年、6年和9年为周期的,一共五种“冤 家”,这要比以17年为周期的“聪明” 蝉的多得多了。不仅第一代出土的蝉是如此,其后代子孙也是如此。
④蝉并无大脑,不会思考,它的本领大多是来自先天遗传的本能,所以如果真有“聪明”蝉与“笨”蝉之分的话,也只不过是遗传的优劣而已。
⑤数论之难是出了名的,就连数学家都感到头痛。常人中懂数论的更是少之又少,蝉当然不可能懂数论。聪明如人尚且无法选择自己的生命周期,更遑论蝉 矣。但既然如此,蝉的生命周期为什么会与数论的原理相符合呢?原来答案在于“进化论”中“物竞天择,适者生存”的自然选择规律。太古时,蝉的祖先可能具有 各种不同的生命周期:1年、2年、3年……以至17年、18年都有,它们之间互相竞争,经过亿万年的进化过程,自然选择规律在起作用。在前面的讨论中我们 已清楚地看到,生命周期为质数的蝉由于“冤家”少,在生存竞争上占显著的优势,因而存活率高。而生命周期为非质数的蝉,由于“冤家”太多,在生存竞争上处 于劣势。优胜劣败,劣种被淘汰了。所以剩下的是以质数为生命周期的现有品种,就不足为奇了。
⑥我们从蝉的这个小故事中或许可以学到一点东西:其一:数论规律是对进化所赋予的蝉生命周期的确切描述,从一个侧面折射出“数学之女王”——数论的 普适性。其二,我们已看到蝉要生存,种族要繁衍,就必须服从自然规律。其实,一切生物都是如此,万物之灵的人也不例外。但有一点不同,人可以通过认识规律 自觉地顺应。孙中山先生说:“世界潮流,浩浩荡荡,顺之者昌,逆之者亡。”证诸生物进化以及人类社会发展,确为至理名言。 (本文有删节)
12.下列关于文本的分析,不恰当的两项是(5分)
A.数论是数学中最难的部分,被誉为“数学王国的王冠”,而聪明的蝉却能利用数论规律选择最恰当的生命周期,令人敬佩。
B.蝉的生命周期表现出了数论的规律,从一个侧面表现了数论的普适性,也说明一切生物要生存繁衍,就要服从自然规律。
C.本文的题目将蝉和数论两个似乎没有关系的事物联系起来,出人意料,引起读者的阅读兴趣。
D.在太古时代,有很多种生命周期不同的蝉,但经过长时期的淘汰,只剩下生命周期为13年和17年两种了。
E.这个问题的研究看似荒唐,却正反映出科学家不懈追求,善于钻研,对事情寻根究底的执着的探索精神。
13.科普文的语言除了准确严谨之外,还要生动有趣。试结合文中的具体语句来加以分析。(4分)
14.有些人认为科学家研究蝉的生命周期荒唐可笑,你是如何看待这个问题的?并简要说出你从中受到的启发。(6分)
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12.A、D(选对两项得5分,选对一项得3分,选项多于两项得0分)(A这是自然选择的结果,不是蝉的选择。D,“只剩下生命周期为13年和17年两种”在文中没有依据。)
13.(1)引用俗语、名言,(1分)如“不是冤家不碰头”,还有结尾对孙中山先生名言的引用,增强了文章的生动性和说服力。(1分)
(2)拟人化的写法,(1分)如“聪明蝉”“笨蝉”“冤家”等说法,生动形象的表现了两种蝉之间的遗传优劣的区别,使文章表达显得活泼有趣,有吸引力。(1分)
(其它答案言之成理亦可)
14.要点:①科学家对这个问题的研究并不荒唐,(1分)②这正反映出科学家不懈追求,善于钻研,对事情寻根究底的执着的探索精神。(也可以从科学家善于观察、善于发现等方面来谈。)(2分)③联系实际分析。(3分)