正文 第1章 歐幾裏得(1 / 1)

溫良敦厚的教育家

歐幾裏得大約生於公元前325年,他是古希臘數學家,他的名字與幾何學結下了不解之緣,他因為編著《幾何原本》而聞名於世,但關於他的生平事跡世人知道的卻很少。他是亞曆山大學派的奠基人。早年可能受教於柏拉圖,應托勒密王的邀請在亞曆山大授徒,托勒密曾請教歐幾裏得,問他是否能把證明搞得稍微簡單易懂一些,歐幾裏得頂撞國王說:“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。

還有一次,他的一個學生剛剛學完了第一個命題,就問:“學了幾何學之後將能得到些什麼?”歐幾裏得隨即叫人給他三個錢幣,說:“他想在學習中獲取實利。”足見,歐幾裏得治學嚴謹,反對不肯刻苦鑽研投機取巧的思想作風。

公元前6世紀,古埃及、巴比倫的幾何知識開始傳入希臘,幾何知識和希臘發達的哲學思想,特別是形式邏輯相結合,大大推進了幾何學的發展。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、經驗性的、零散的幾何知識整理成一個嚴密完整的係統。到了公元前3世紀,已經基本形成了“古典幾何”,從而使數學進入了“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”。歐幾裏得的《幾何原本》正是在這樣一個時期,繼承和發揚了前人的研究成果,取之精華彙集而成的。

《幾何原本》

歐幾裏德的《幾何原本》推論了一係列公理、公設,並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,但是追究其發現的時間,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,然後利用麵積方法加以證明,人們非常讚同這種巧妙的構思,因此目前中學課本中還普遍保留這種方法。

歐幾裏德的《幾何原本》部分內容與早期智人學派研究三個著名幾何作圖問題有關,特別是圓內接正多邊形的作圖方法。歐氏的《幾何原本》隻把用沒有刻度的直尺畫直線,用圓規畫圓列為公理,限定了“尺規”作圖。於是幾何作圖就出現了“可能”與“不可能”的情況。在這裏歐幾裏得隻給出了正三、四、五、六、十五邊形的做法,加上連續的二等分弧,可以擴展到正2n、3(2n)、5(2n)、15(2n)邊形。因此,我們可以想象歐幾裏得一定還嚐試過別的正多邊形的作圖方法,隻是沒有作出來而已。所以歐氏《幾何原本》問世後,正多邊形作圖引起了人們的極大興趣。

歐幾裏德的《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,但並不適用於不可公度的量的比,歐幾裏得為了擺脫這一困境,在這裏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,適用於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。

歐幾裏德的《幾何原本》吸取了泰勒斯和柏拉圖的演繹證明和演繹推理,完整的體現了亞裏士多德的數學邏輯思想,成為公理化方法建立演繹體係的最早典範,更是數學邏輯思維訓練的最好教材。但是,它在某些方麵還存在著邏輯上的缺陷,並曾經引發了數學史上著名的“第五公設試證”活動。

於是在19世紀初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空間的觀念,促進了人類對幾何學廣闊的領域作進一步的探討。隨後,展開了大規模的歐幾裏德《幾何原本》公理係統的邏輯修補工作。德國數學家希爾伯特,用近代的觀點集修補之精華,在1879年發表了《幾何基礎》,提出了歐氏幾何一個完整的簡潔的公理係統,使歐氏幾何達到了高度的抽象化、邏輯化、數字化,把公理化方法推向了現代化,建立起了一種統一的公理體係。

這也是歐幾裏德《幾何原本》對幾何學發展作出的重大貢獻。