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微积分先驱|帕斯卡

作者:《微积分的创立者及其先驱》发布日期:2020-07-20 08:40浏览次数: 来源:书籍整理

“帕斯卡显示了早熟的数学天才,但是他在这方面的活动受到了宗教顾忌的阻碍……尽管如此,他还是使数学和物理学的若干不同分支取得显著的进展。”

——沃尔夫

数学是对精神的最高锻炼。

——帕斯卡

帕斯卡是法国数学家、物理学家、哲学家、散文家。1623 年6月19月生于克莱蒙费朗;1662年8月19日卒于巴黎。

帕斯卡4岁丧母,其父是政府的官吏,博学多才,是一个业余数学家。由于帕斯卡从小体弱多病,其父不让他过早接触数学,以免思虑过度有损健康。帕斯卡12岁时,看到父亲阅读几何,便问几何学是什么,父亲为了不想让他知道得太多,就简单的告诉他几何学是研究图形的,并且很快把数学书收藏起来,怕帕斯卡去翻阅。父亲对他接触数学的“禁令",更激起了帕斯卡对数学的好奇心:于是帕斯卡就自行研究,当他把自己的发现:“任何一角形的个内角和都是一百八十度”的结果告诉父亲时,父亲惊声交集地流出了激动的眼泪,并改变了原来的想法,提早让帕斯卡学习《几何原本》等经典数学名著,帕斯卡贪婪地很快读完了《几何原本》。

帕斯卡是一位在科学史上富有传奇色彩的人物,曾被描述为数学史上最伟大的“轶才"、18 世纪的大数学家达朗贝尔(D’Alembert)赞誉他的成就是“阿基米德与牛顿两者工作的中间环节。”

微积分先驱|帕斯卡

惊人智慧

帕斯卡显示出惊人的早慧:11岁时,当他用餐刀轻敲食盘发出了响声,用手按住盘子声音便戛然而止,从而启发他写出论述振动体发音的论文《论声音》;12岁时,就独立地发现了不少初等几何中的定理,其中包括三角形内角和等于180度;13 岁时,发现了二项式展开的系数“帕斯卡三角形”;14岁时,就被允许参加由梅森(Mersenne)主持的星期科学讨论会(法国科学院就是由这个讨论会发展起来的)。1653 年他写成了《三角阵算术》,经费马修订后于1665年出版,在这本书中建立起概率论的基本原理和有关组合论的某些定理。并与费尔马共同建六了概率论和组合论的基础、给出了关于慨率论问题的系列解法。莱布尼茨后来读到帕斯卡这方面的研究成果时,深刻的意识到这门“新逻辑学”的重要性:另外,在帕斯卡的关于《三角阵算术》中,包含了数学归纳法最早的也是可被接受的陈述。因此人们认为他也是数学归纳法最早的发现者。

帕斯卡在不到16岁时,受到了几何学家德萨格(Desargues)著作的启发,发现了如下的著名定理:“如果一个六边形内接于一圆锥曲线,则其三对对边的交点共线,并且逆命题亦成立。”为此写成《圆锥曲线论》一文于 1640年单篇发行。这是自希脂阿波洛尼厄斯以来关于圆锥曲线论的最大进步,也是射影几何方面的出色成果。后来他又从这个定理导出一系列推论,给出了射影几何的若干定理。

意大利数学家卡瓦列利曾经提示过三角形的面积可通过划分为无数平行直线的办法来计算。帕斯卡为了摆脱卡瓦列利方法中那些逻辑上的缺陷,认为一条线不是由点构成的,而是由无数条矩线构成:一块面不是由线构成,而是由无数个小块面构成;一个立体不是由向构成,而是出无数个薄薄的立体构成。遵循着这一思想线索,他求出了曲线

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下曲边梯形的面积。

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求出了摆线面积和其旋转体体积。 帕斯卡当时在运用无穷小研究几何方面达到了很高水平,但由于无穷小概念不甚明确,不可分量也带有神秘色彩。当别人提出问题时,他用“心领神会”来回答别人的批评。帕斯卡认为大自然把无限大、无限小提供给人们不是为了理解而是为了欣赏。他看到了无限大、无限小互相制约(呈倒数关系)。否认图形由低维元素构成,并认为离散、连续之差异随着解析方法的应用而消失,他的这些思想,为后来的极限与无穷小的严格定义,为微积分学的建立,开辟了道路。他对摆线进行过深入的研究,于1658 年写出了名著《论摆线》,解决了关于摆线的许多问题。这本书对年轻的莱布尼茨有很深的影响。

帕斯卡18岁时,设计出世界上第一台机械计算机(能作加减法计算)。

在物理学方面,1648年他通过试验证明了空气有压力,这个试验轰动了整个科学界,从而彻底粉碎了经院哲学中“自然畏惧真空”的古老教条。他还研究了液体平衡的一般规律,发现了“封闭容器内流体在任何一点所受的压力以同等的强度向各个方向同样地传递。”这就是流体静力学中最基本的原理——帕斯卡原理。

帕斯卡还是一位散文大师、思想家和神学辩论家。他所写的《思想录》和《致外省人的信》,被列为经典文学名作。他凭着散文大师驾驭文字的能力,发挥思想家鞭辟人里的洞察力,不但文思流畅,还以其论战的锋芒和思想的深邃著称于世。对法国散文的发展影响甚大,甚至连法国大文豪伏尔泰(Voltaire)看了他的文学作品也备受鼓舞。

宗教顾虑

然而,正当帕斯卡享有科学家的盛誉之时,由于身体衰弱消化不良、失眠和头痛的折磨,经常在夜晚半睡半醒地作恶梦。特别是受其世界观的支配,使之逐步放弃了对数学和科学的探讨,而致力于宗教的冥想,经过短暂的几年之后,虽又回到了科学上来,但已经不能专心致志了。1654年他曾说:受到一个很强的提示,这种重新开展的科学活动是不受上帝欢迎的。这种所谓神的启示是在一次偶然的事故后出现的:一次他乘马车,马失控冲过纳伊桥的栏杆掉入河中,而他自己侥幸由于缰绳突然挣断而未堕下河中,奇迹般地得救。他把这件偶然的事写在一小片厚纸上,一直贴放在胸前,要自已从今以后牢牢记住这一启示,于是他又宿命地回到宗教的冥想中去了。帕斯卡认为:“凡有关信仰之事不能为理智所考虑。”在他生命最后的一段时间,更走上了极端,像苦行僧一样,把有尖刺的腰带缠在腰上。如果他认为有什么对神不虔诚的想法从脑海出现,就用肘撞击腰带来刺痛身体。这样他年仅39岁就去世了。弥留之际,他还用微弱的声音说:“愿上帝与我同在。”

英国著名科学史家沃尔夫说:“帕斯卡显示了早熟的数学天才,但是他在这方面的活动受到了宗教顾忌的阻碍,并以他的夭折而告终。尽管如此,他还是使数学和物理学的若干不同分支取得显著的进展。”

微积分先驱|帕斯卡

帕斯卡认为:“一个人的美德决不能从他特别的努力来测度,而应从他每天的行为来测度,"他还说:“你要人们赞美你吗?那么你不要称赞你白己。”他认为:“数学是对精神的最高锻炼。”


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