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第48章 几何学的奠基人欧几里得

两三千年前,古埃及人生活在尼罗河两岸,生产力很发达,大片大片的土地被开发。但是,人类无法与大自然抗争,当时的人们对洪水束手无策。每年,当夏秋季节尼罗河泛滥时期,河两岸的田地就有不少被洪水淹没或因河床改道,好端端的一块农田就会被吞没一块。每到这时,就会有几个聪明的埃及人拿着木棍和绳子又比又量,准确地计算法老租给人们土地面积的变化。渐渐地,埃及人积累了不少计算面积的公式。如:矩形:A=ab(其中A是面积,a是长,b是宽。);三角形:A=ah/2(其中a是边长,h是高。);另外,还能计算出梯形面积。但是,当时的人们还没有把这些公式命名为几何学。

到了公元前320年,有一位叫作欧德谟的学者,根据埃及人的经验,写了一本《几何学的发展史》。这部书只有残篇传到了现在。又过了大约20年,古希腊出了一位叫欧几里得的人,他根据前人的经验,经过自己的计算推理,写出了一本共13篇的《原本》(又称《几何原本》)。这是人类第一次出现的“几何”概念。

欧几里得在《原本》这本书里,首先给出的是定义和公理。比如,他的点、线、面的概念:点是只有位置没有大小的;线是只有长度没有宽度的;面是只有长度和宽度的。

《原本》中还有关于圆的性质的讨论。如弦、切线、割线、圆心角等等。讨论了圆的内接和外接图形。其中,有一个命题是在一个圆内作正15边形。据说,当时的天文学一直认为地球赤道面与地球绕日公转面的交角是24°,即是圆周的1/15.于是,欧几里得运用自己的智慧,作出了正15边形,这在当时是一个难度十分大的命题。

欧几里得大约生于公元前330年,死于公元前275年。他深受亚里士多德的影响。他把亚里士多德的公理法则用到几何学中,推演出几何学的五条公理。这五条公理对几何学发展产生过巨大影响。现在看来,五条公理都非常简单,但在当时很了不起。比如说,两点之间可以连接一条线;如果两条直线和第三条直线相交,所交出的同旁内角和小于180°,那么两条直线延长,总会在同旁内角一侧相交。

五条公理最后一条就是平行公理。在当时,平行公理引起过怀疑。它的文字多,读起来又不是那么显而易见。以后历经两千年,一些数学家均未证实。一直到19世纪20年代,德国的高斯、俄国的罗巴切斯基、匈牙利的亚·鲍耶三位数学家重新提出平行公理的不可证性,作出了正确解答,才消除了人们对平行公理的怀疑。三位伟大的数学家在证实中发现了一种新的几何学——非欧几何学,对近代物理学、天文学以及人类的思维方式的变革产生了深远的影响。

欧几里得涉及的学科不只是数学,除《原本》外,我们知道的还有《数据》、《光学》、《曲面——轨迹》、《现象》等。但《原本》尤其引人注目。《原本》是进行数学基础知识教育和提高逻辑思维能力极为有效的教材。

《原本》13篇中共有467个命题。这些命题和推理所建立起来的几何学体系是相当严谨和完整的,以至于连20世纪最伟大的科学家爱因斯坦都这样说:一个人当他最初接触欧几里得几何学时,如果不曾为它的明晰性和可靠性所感动,那么他是不会成为科学家的。

从《原本》的出现到现在,这部书出版达一千次以上,几乎世界上所有的数学家都是读着《原本》成长起来的。两千多年来,《原本》就像一尊坚固的宝塔,其坚固程度没有人能撼动它。因此,后人,尤其是科学界都把《原本》看作是一部经典奇书。

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