言傳身教
歐幾里得大約生于公元前325年,他是古希臘數(shù)學家,他的名字與幾何學結(jié)下了不解之緣,他因為編著《幾何原本》而聞名于世,但關(guān)于他的生平事跡知道的卻很少,他是亞歷山大學派的奠基人。早年可能受教于柏拉圖,應(yīng)托勒密王的邀請在亞歷山大授徒,托勒密曾請教歐幾里得,問他是否能把證明搞得稍微簡單易懂一些,歐幾里得頂撞國王說:“在幾何學中是沒有皇上走的平坦之道的。”他是一位溫良敦厚的教育家。
另外有一次,一個學生剛剛學完了第一個命題,就問:“學了幾何學之后將能得到些什么?”歐幾里得隨即叫人給他三個錢幣,說:“他想在學習中獲取實利!弊阋,歐幾里得治學嚴謹,反對不肯刻苦鉆研投機取巧的思想作風。
在公元前6世紀,古埃及、巴比倫的幾何知識傳入希臘,和希臘發(fā)達的哲學思想,特別是形式邏輯相結(jié)合,大大推進了幾何學的發(fā)展。在公元前6世紀到公元前3世紀期間,希臘人非常想利用邏輯法則把大量的、經(jīng)驗性的、零散的幾何知識整理成一個嚴密完整的系統(tǒng),到了公元前3世紀,已經(jīng)基本形成了“古典幾何”,從而使數(shù)學進入了“黃金時代”。柏拉圖就曾在其學派的大門上書寫大型條幅“不懂幾何學的人莫入”。歐幾里得的《幾何原本》正是在這樣一個時期,繼承和發(fā)揚了前人的研究成果,取之精華匯集而成的。
《幾何原本》
歐氏《幾何原本》推論了一系列公理、公設(shè),并以此作為全書的起點。共13卷,目前中學幾何教材的絕大部分都是歐氏《幾何原本》的內(nèi)容。
勾股定理在歐氏《幾何原本》中的地位是很突出的,在西方,勾股定理被稱作畢達哥拉斯定理,但是追究其發(fā)現(xiàn)的時間,在我國和古代的巴比倫、印度都比畢達哥拉斯早幾百年,所以我們稱它勾股定理或商高定理。在歐氏《幾何原本》中,勾股定理的證明方法是:以直角三角形的三條邊為邊,分別向外作正方形,然后利用面積方法加以證明,人們非常贊同這種巧妙的構(gòu)思,因此目前中學課本中還普遍保留這種方法。
據(jù)說,英國的哲學家霍布斯一次偶然翻閱歐氏的《幾何原本》,看到勾股定理的證明,根本不相信這樣的推論,看過后十分驚訝,情不自禁地喊道:
“上帝啊,這不可能”,于是他就從后往前仔細地閱讀了每個命題的證明,直到公理和公設(shè),最終還是被其證明過程的嚴謹、清晰所折服。
歐氏《幾何原本》的部分內(nèi)容與早期智人學派研究三個著名幾何作圖問題有關(guān),特別是圓內(nèi)接正多邊形的作圖方法。歐氏的《幾何原本》只把用沒有刻度的直尺畫直線,用圓規(guī)畫圓列為公理,限定了“尺規(guī)”作圖。于是幾何作圖就出現(xiàn)了“可能”與“不可能”的情況。在這里歐幾里得只給出了正三、四、五、六、十五邊形的作法,加上連續(xù)地二等分弧,可以擴展到正2n、3(2n)、5(2n)、15(2n)邊形。因此,我們可以想象歐幾里得一定還嘗試過別的正多邊形的作圖方法,只是沒有作出來而已。所以歐氏《幾何原本》問世后,正多邊形作圖引起了人們的極大興趣。
歐氏《幾何原本》中的比例論,是全書的最高成就。在這之前,畢達哥拉斯派也有比例論,但并不適用于不可公度的量的比,歐幾里得為了擺脫這一困境,在這里敘述了歐道克索斯的比例論。定義了兩個比相等即定義了比例,適用于一切可公度與不可公度的量,它挽救了畢氏學派的相似形等理論,是非常重要的成就。
據(jù)說有一位捷克斯洛伐克的牧師布爾查諾,在布拉格度假時,突然間生了病,渾身發(fā)冷,疼痛難耐。為了分散注意力便拿起了歐氏的《幾何原本》,當他閱讀到比例論時,即被這種高明的處理所震撼,無比興奮以致完全忘記了自己的疼痛。事后,每當他的朋友生病時,他就推薦其閱讀歐氏《幾何原本》的比例論。
歐氏《幾何原本》吸取了泰勒斯和柏拉圖的演繹證明和演繹推理,完整的體現(xiàn)了亞里士多得的數(shù)學邏輯思想,成為公理化方法建立演繹體系的最早典范,更是數(shù)學邏輯思維訓(xùn)練的最好教材。但是,它在某些方面還存在著邏輯上的缺陷,并曾經(jīng)引發(fā)了數(shù)學史上著名的“第五公設(shè)試證”活動,19世紀初因此而誕生了羅巴切夫斯基幾何。羅氏幾何的誕生,打破了歐氏幾何一統(tǒng)空間的觀念,促進了人類對幾何學廣闊的領(lǐng)域作進一步的探討。隨后,展開了大規(guī)模的歐氏《幾何原本》公理系統(tǒng)的邏輯修補工作。德國數(shù)學家希爾伯特,用近代的觀點集修補之精華,在1879年發(fā)表了《幾何基礎(chǔ)》,提出了歐氏幾何一個完整的簡潔的公理系統(tǒng),使歐氏幾何達到了高度的抽象化、邏輯化、數(shù)學化,把公理化方法推向了現(xiàn)代化,建立起了一種統(tǒng)一的公理體系。這也是歐氏《幾何原本》對幾何學發(fā)展作出的重大貢獻。
歐氏《幾何原本》一出世就迅速而且徹底地取代了在它之前的一切同類型著作,甚至使它們就此消聲匿跡。
最早的中譯本是1607年(明代萬歷35年)由意大利傳教士利瑪竇和徐光啟合譯出版的,只譯了15卷本的前6卷,它是我國第一部數(shù)學翻譯著作。取名為《幾何原本》,中文“幾何”的名稱就是從這里開始的。而后9卷的引入是在兩個半世紀后的1857年由清朝的學者李善蘭和英國人韋列亞力翻譯補充的。
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