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微积分先驱|阿基米德与他心中的数学王国

作者:《微积分的创立者及其先驱》发布日期:2020-05-15 13:00浏览次数: 来源:书籍整理

一心追求那美妙的不夹杂俗世需求的学问:给我一个支点,我就能够移动地球!

阿基米德(Archimedes) (约公元前287-前212)

“阿基米德志气如此之高,心灵如此之幽深,科学知识如此之丰富,……一心追求那美妙的不夹杂世俗需求的学问。”——普卢塔切

“给我一个支点,我就能够移动地球。”——阿基米德

阿基米德是古希腊的数学家、力学家。约公元前287年生于西西里岛的叙拉古;约公元前212年卒于叙拉古。

阿基米德的父亲是一位天文学家,自幼给予他良好的教育。阿基米德早年在亚历山大跟随欧几里得的学生学习,后来回到他的故乡,但仍和亚历山大的学者保持着密切的联系。

阿基米德的成果一直被推崇为创造性和精确性的典范。欧洲经历了漫长的中世纪的黑夜之后,才达到他当时的数学水平。罗马时代的科学史家普林尼(Plinius)曾把他誉为“数学之神”。

微积分先驱|阿基米德与他心中的数学王国

微积分的思想

阿基米德的几何着作是希腊数学的顶峰。他把欧几里得严格的推理方法与柏拉图先验的丰富想象和谐地结合在一起,达到了至善至美的境界,从而“使得往后由开普勒、卡瓦列利(Cavalieri)、费马(Fermat)、牛顿(Newton)、莱布尼茨(Leibniz)等人相继培育起来的微积分日趋完美”。阿基米德没有把欧多克索斯发展的穷竭法作为发现新结果的惟一工具,而是把它跟德谟克利特和柏拉图学派曾经探索过的无穷小量观念巧妙地结合起来,并且做得灵活自如。可以说,古代没有一位数学家像他那样地走到了微积分的边缘。他在对某些面积和体积的论述中,得出了我们初等微积分课本中出现的许多与定积分等价的关系。

他的主要数学着作有:《圆的测量》,主要是研究圆周和圆面积的计算问题;《论球与圆柱》,主要是研究球的表面积和体积的计算问题,他使用了无穷小量,其中很多命题的证明,已经接近了微积分的思想方法,但没有求助于极限的概念;《抛物线求积法》,研究了曲线图形求积问题,并巧妙用穷竭法求得“任何由直线和直角圆锥体的截面所包围的弓形,其面积等于与其同底同高的三角形面积的4/3”,他的方法很接近于现行的积分法;在《论噼锥曲面体与球体》这部着作中有40个命题,这些命题中运用了穷竭法;《砂计算法》,是一本专门讲记数法的书;《论螺线》一书是阿基米德所有数学贡献中最光彩夺目的部分,后世的数学家从他作螺线的切线和计算螺线的面积的方法中已感受到了微积分的思维方式;其实它已经是微积分的先声。

微积分先驱|阿基米德与他心中的数学王国

力学与几何学

阿基米德也是古希腊最伟大的力学家。在他之前没有人能像他那样把几何学与力学结合得如此紧密而完美,像他那样巧妙地用几何方法来证明力学结论。他在物理方面的着作主要有:《论浮体》,他发现了浮力定律——浸在流体中的物体受到向上的浮力,其大小等于物体自身所排开流体的重量;《论杠杆》,他发现了杠杆原理——当杠杆所受作用力和所克服的阻力在同一平面时,作用力和力臂的乘积等于阻力和阻力臂的乘积。对此他曾自豪地说:“给我一个支点,我就能够移动地球”。他还着有《论平板平衡》、《论重心》、《论制作球》《镜面反射》等。同时他还是闻名于世的天文学家。

阿基米德的着作以精确和严谨着称。其完美令人叹为观止,油然而生敬。

令人敬佩的阿基米德

阿基米德是一位伟大的爱国者。在第二次布匿战争时期,他把自己的科学知识用于保卫祖国,流传了许多传说和故事:当进犯的罗马战船驶近城下时,他设计了一种起重机把敌船吊起,使船底朝天;他利用抛物镜面的聚焦性质,把日光集中到罗马船上,使它们起火;他制造了一种能投射大石的机械,使敌军心胆惧裂等,致使敌军统帅马塞拉斯(Marcellus)惊唿:“我们是在同数学家打仗!安稳地呆在城里,却能够击毁我们的船只。猝然间向我们发射出那么多利箭,简直赛过了百手巨人!”传说后来敌兵不敢靠近城墙,就是城上抛出一根绳子也会吓得敌兵仓皇逃跑,因为他们怕是阿基米德的新奇武器。

然而,在围城三年之后终因粮绝和敌人的离间诡计,致使叙拉古陷落敌手。当该城被洗劫时,阿基米德仍专心致力于数学问题的研究,俯身在沙盘上画他的几何图形。一个罗马士兵命令阿基米德离开,他慢慢地做手势说:“别把我的圆弄坏了!”士兵拔出短剑,这位旷古绝伦的伟大学者,竟丧生在一个凶残无知的士兵之手。罗马统帅出于对阿基米德的才能和人品的敬佩,特为他修建了一座颇为壮观的陵慕,在墓碑上刻着球内切于圆柱的图形。因为阿基米德曾发现“球的体积及表面积,都是其外切圆柱体体积及表面积的2/3。”

近代数学史专家贝尔(Bell)说:“任何一张列出有史以来三个最伟大的数学家的名单中,必定包括阿基米德。”莱布尼茨甚至说:“了解了阿基米德的人,对后来杰出人物的成就就不会再那么钦佩了。”历史学家、传记家普卢塔切(Plutarch)说:“阿基米德志气如此之高,心灵如此之幽深,科学知识如此之丰……一心追求那美妙的不夹杂俗世需求的学问。”


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[责编:雨滴]

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