古希臘數學家歐幾里德的故事

  • 言傳身教

歐幾里德大約生於公元前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,但關於他的生平事蹟知道的卻很少,他是亞歷山大學派的奠基人。早年可能受教於柏拉圖,應托勒密王的邀請在亞歷山大授徒,托勒密曾請教歐幾里德,問他是否能把證明搞得稍微簡單易懂一些,歐幾里德頂撞國王說:“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。

古希臘數學家歐幾里德的故事

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

在公元前6世紀,古埃及、古巴比倫的幾何知識傳入古希臘,和古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,古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系統,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”。歐幾里德的《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》

歐氏《幾何原本》推論了一系列公理、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,在我國和古巴比倫、古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,然後利用面積方法加以證明,人們非常贊同這種巧妙的構思,因此目前中學課本中還普遍保留這種方法。

古希臘數學家歐幾里德的故事

據說,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,看過後十分驚訝,情不自禁地喊道:“上帝啊,這不可能。”於是他就從後往前仔細地閱讀了每個命題的證明,直到公理和公設,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》只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。在這裡歐幾里德只給出了正三、四、五、六、十五邊形的做法,加上連續地二等分弧,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德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》問世後,正多邊形作圖引起了人們的極大興趣。

古希臘數學家歐幾里德的故事

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,但並不適用於不可公度的量的比,歐幾里德為了擺脫這一困境,在這裡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。

據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。事後,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,完整的體現了亞里士多得的數學邏輯思想,成為公理化方法建立演繹體系的最早典範,更是數學邏輯思維訓練的最好教材。但是,它在某些方面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,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,展開了大規模的歐氏《幾何原本》公理系統的邏輯修補工作。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系統,使歐氏幾何達到了高度的抽象化、邏輯化、數學化,把公理化方法推向了現代化,建立起了一種統一的公理體系。

這也是歐氏《幾何原本》對幾何學發展作出的重大貢獻。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,甚至使它們就此銷聲匿跡。

最早的中譯本是1607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,它是我國第一部數學翻譯著作。取名為《幾何原本》,中文“幾何”的名稱就是從這裡開始的。而後9卷的引入是在兩個半世紀後的1857年由清朝的學者李善蘭和英國人韋列亞力翻譯補充的。

來源:《外國數學家故事》作者:王衛國


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