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第1章 欧几里得

温良敦厚的教育家

欧几里得大约生于公元前325年,他是古希腊数学家,他的名字与几何学结下了不解之缘,他因为编著《几何原本》而闻名于世,但关于他的生平事迹世人知道的却很少。他是亚历山大学派的奠基人。早年可能受教于柏拉图,应托勒密王的邀请在亚历山大授徒,托勒密曾请教欧几里得,问他是否能把证明搞得稍微简单易懂一些,欧几里得顶撞国王说:“在几何学中是没有皇上走的平坦之道的。”他是一位温良敦厚的教育家。

还有一次,他的一个学生刚刚学完了第一个命题,就问:“学了几何学之后将能得到些什么?”欧几里得随即叫人给他三个钱币,说:“他想在学习中获取实利。”足见,欧几里得治学严谨,反对不肯刻苦钻研投机取巧的思想作风。

公元前6世纪,古埃及、巴比伦的几何知识开始传入希腊,几何知识和希腊发达的哲学思想,特别是形式逻辑相结合,大大推进了几何学的发展。在公元前6世纪到公元前3世纪期间,希腊人非常想利用逻辑法则把大量的、经验性的、零散的几何知识整理成一个严密完整的系统。到了公元前3世纪,已经基本形成了“古典几何”,从而使数学进入了“黄金时代”。柏拉图就曾在其学派的大门上书写大型条幅“不懂几何学的人莫入”。欧几里得的《几何原本》正是在这样一个时期,继承和发扬了前人的研究成果,取之精华汇集而成的。

《几何原本》

欧几里德的《几何原本》推论了一系列公理、公设,并以此作为全书的起点,共13卷。目前中学几何教材的绝大部分都是欧氏《几何原本》的内容。

勾股定理在欧氏《几何原本》中的地位是很突出的。在西方,勾股定理被称作毕达哥拉斯定理,但是追究其发现的时间,在我国和古代的巴比伦、印度都比毕达哥拉斯早几百年,所以我们称它勾股定理或商高定理。在欧氏《几何原本》中,勾股定理的证明方法是:以直角三角形的三条边为边,分别向外作正方形,然后利用面积方法加以证明,人们非常赞同这种巧妙的构思,因此目前中学课本中还普遍保留这种方法。

欧几里德的《几何原本》部分内容与早期智人学派研究三个著名几何作图问题有关,特别是圆内接正多边形的作图方法。欧氏的《几何原本》只把用没有刻度的直尺画直线,用圆规画圆列为公理,限定了“尺规”作图。于是几何作图就出现了“可能”与“不可能”的情况。在这里欧几里得只给出了正三、四、五、六、十五边形的做法,加上连续的二等分弧,可以扩展到正2n、3(2n)、5(2n)、15(2n)边形。因此,我们可以想象欧几里得一定还尝试过别的正多边形的作图方法,只是没有作出来而已。所以欧氏《几何原本》问世后,正多边形作图引起了人们的极大兴趣。

欧几里德的《几何原本》中的比例论,是全书的最高成就。在这之前,毕达哥拉斯派也有比例论,但并不适用于不可公度的量的比,欧几里得为了摆脱这一困境,在这里叙述了欧道克索斯的比例论。定义了两个比相等即定义了比例,适用于一切可公度与不可公度的量,它挽救了毕氏学派的相似形等理论,是非常重要的成就。

欧几里德的《几何原本》吸取了泰勒斯和柏拉图的演绎证明和演绎推理,完整的体现了亚里士多德的数学逻辑思想,成为公理化方法建立演绎体系的最早典范,更是数学逻辑思维训练的最好教材。但是,它在某些方面还存在着逻辑上的缺陷,并曾经引发了数学史上著名的“第五公设试证”活动。

于是在19世纪初诞生了罗巴切夫斯基几何。罗氏几何的诞生,打破了欧氏几何一统空间的观念,促进了人类对几何学广阔的领域作进一步的探讨。随后,展开了大规模的欧几里德《几何原本》公理系统的逻辑修补工作。德国数学家希尔伯特,用近代的观点集修补之精华,在1879年发表了《几何基础》,提出了欧氏几何一个完整的简洁的公理系统,使欧氏几何达到了高度的抽象化、逻辑化、数字化,把公理化方法推向了现代化,建立起了一种统一的公理体系。

这也是欧几里德《几何原本》对几何学发展作出的重大贡献。

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