登陆注册
2483700000039

第39章 平面向量(3)

现代的数学符号,由于它含义确定,表达简明,使用方便,从而极大地推动了数学的发展。在数学里,有人把17世纪叫做天才的世纪,把18世纪叫做发明的世纪,在这两个世纪里,为什么数学有较大的发展并取得较大成就呢?究其原因,恐怕与创造了大量的数学符号不无密切的联系。

甚至有的专家指出,中国古代数学领先,近代数学落后了,原因之一就是中国没有使用先进的数学符号,从而阻碍了数学的发展。这话虽然有偏颇的一面,但的确道出了数学符号对数学发展所能起的重要作用!

埃及:建筑、测量和三角形

非洲东北部有一条举世闻名的大河——尼罗河。它穿过非洲北部的撒哈拉大沙漠,流入地中海,两岸狭长地带便成了肥沃的绿洲。河的下游流经的地方,孕育了最古老文明之一的埃及。

尼罗河三角洲一带盛产一种水草,名叫纸草。古埃及人把纸草的茎一层一层地撕成薄片,再一张一张地粘起来,就成了写字用的纸。有不少古埃及纸草纸一直被保留到今天,成为我们考察埃及历史文化的珍贵材料。

埃及人大约在公元前3500年就已经有了文字。保存下来的最早记录数学知识的纸草纸现在珍藏在英国大英博物馆。写这份纸草纸的,是生活在公元前1600年到1800百年间的阿摩斯。据他说,纸草纸上的内容,又是他从公元前2200年以前的旧卷子上转录下来的。在这份纸草纸上,记载了一些分数和算术四则运算的说明,还有关于测量的规则。

古埃及的皇帝叫做“法老”,著名的金字塔就是法老的坟墓。今天,在尼罗河三角洲南面,散布着70多座金字塔。齐阿普斯皇帝的金字塔是其中规模最大的一座:塔高146.5米;塔基每面长约240米,绕塔一周约1公里;塔内有甬道、石阶、墓室等。这座金字塔是在公元前2800年建成的,在1889年巴黎埃菲尔铁塔建成以前的4600多年间,它一直是世界上最高的建筑物。这确实是了不起的奇迹!古埃及人在建造这些巨大建筑物的过程中,积累了丰富的几何学知识。

我们设想,在建造金字塔之前,一定得先画出一张平面图。估计这张图是画在粘土板上的,它大概就是世界上的第一张平面图了。分析起来,制图人肯定知道,图样和竣工后的建筑物,尺寸尽管可以不同,形状却是一样的。由此可以判断,当时的埃及人已经掌握了比例和相似形的知识。

画出平面图后,应该平出一大片空地,在地上放出实际尺寸,准备动工。建筑材料都是几吨重的大石块,一座金字塔要用许多这样的石块。那时候还没有发明车辆,也没有像样的道路,只能用船沿着尼罗河把石头运到尽量靠近的地方,再用滚木把它们运到工地。每块石头都得事先按一定的形状凿好、磨平。石块的每个角,都要用丁字尺或者三角板反复校正成直角。接着,铺设庞大的石头层作地基。第二层要按一定的比例小一些,并且使每一层正好放在下面一层的中间。这样一层一层往上加,四面相等地缩小,最后准确地在塔尖会合在一点。

一座金字塔,要用几十万人和几百万块巨石,在几十年的时间内才能建成,能够不出差错,你看古埃及人在设计、计算、测量和施工方面该有多么高明!

怎样准确画出直角,很可能是古埃及人要解决的最大难题。因为金字塔的地基必须严格地建成为正方形,四个角就必须是严格的直角;不管是哪一个角有微小的偏差,都会使整个建筑物走形。那时候还没有发明测量仪器,要做出周长一公里那么大的正方形,实在不简单!

他们很可能是这样来解决这个问题的:先在地上打进两个木桩,然后绷紧木桩间的绳子,这样就画出一条直线,成为金字塔的一条边线。然后,在两个木桩上各系上一条绳子,绳子的长度要超过两个木桩距离的一半。拉紧绳子的末端,以木桩为原点转动,画出两条相交的圆弧来,过这两条圆弧的交点,画出另一条直线,和头一条直线相交,夹角就是准确的直角。这后一条直线,就是地基的另一条边线。

那么,要检查墙壁或者巨石的一面是否直立,怎样在空中作出直角来呢?古埃及人巧妙地使用了锤准线。这个方法直到今天还在使用着。锤准线自由摆动,在空中画出圆弧,当它停下来的时候就与地面成直角。要是墙壁能和锤准线平行,它就和地面垂直。

现在,我们都知道画直角的简便方法是使用直角三角板。但是,这必须首先做出一个直角三角形来。

古埃及人使用绳子丈量土地。职业结绳者的工作就是在测量用的绳子上打出等间隔的绳结。可能就是他们最先发现了某些长度一定的三条绳子所组成的三角形,其最长边所对应的那个角是直角。其中一种是由3个、4个、5个等间隔的绳结长度组成的;另一种取5个、12个、13个等间隔的绳结长度。把窄木条锯成这样的长度,首尾相接,就做成一个直角三角板。有了这种三角板,以后的测量和画图就方便了。

农民在盖自己住的小屋的时候可以说:“我这个屋子六步长,四步宽,屋顶比我脑袋高一柞”。设计大型建筑金字塔可不能这样。因为工人成千上万,每个人的步和柞都不一样。于是,他们就规定出以某一个人——据说是当时国王身体的某一部分的长短,作为标准单位;再按这个标准单位,制作一定长度的木头条或者金属条,作为大家通用的度量工具。这就是最早的尺子。

在埃及,主要的长度单位是腕尺,它是自肘到中指尖的长度。小一些的单位有:掌尺,它等于七分之一腕尺;指尺,它等于四分之一掌尺。因为那时候的埃及人理解分数的意义非常费劲,所以这些小单位很有用。今天,人们熟悉分数了,但是在习惯上,大家一样喜欢用小单位。比如英国人和美国人总是说七英寸,不肯说十二分之七英尺。在我国,有说半尺的,但是谁也不说十分之五尺。

每年收获季节,埃及的僧侣都要向农民征收赋税。农民主要是上交自己的农产品,这就需要标准重量单位来称量谷子、油、酒等;而捐税的多少,又是按土地的多少来定的,这又需要丈量和计算土地面积了。

求面积的方法,最初很可能是工匠在铺设方砖地面的时候学会的。他们发现:一块地面,如果是三砖长、三砖宽,需要铺九块砖(3×3);另一块地面,三砖长、五砖宽,就需要铺十五块砖(3×5)。这样,计算正方形和长方形的面积,只消用长乘以宽就行了。

但是问题在于,不是所有的土地都是正方形或者长方形。有些土地,好像哪儿都是边,哪儿也有角,形状很不规则,把它们分成若干个三角形倒是方便的。怎样才能求出三角形的面积呢?其实,一旦掌握了长方形和正方形面积的求法,三角形面积也就不难求了。

一块正方形的麻布,可以折叠成两个大小相等的三角形,每个三角形的面积,恰好是正方形面积的一半。估计古埃及人正是从这类简单的探索中,学会了求三角形面积的方法:长乘宽,再除以二。

测量土地的工作,想来是十分繁重的。因为埃及的土地主要分布在尼罗河沿岸,每年七月中旬,河水开始泛滥,淹没大量土地,一直到十一月才开始退落。洪水退去后,田野里留下一层肥沃的淤泥,帮助农民获得好收成;可是洪水把地界冲掉了,年年都得重新测量土地。因此,人们常把几何学起源于埃及的原因,归功于尼罗河水的泛滥。

在大量的测量工作中,埃及人当然会碰到“圆”这类难办的图形。他们感到难办的地方,是无法把圆分成许多块三角形,而每一块都是由三条直线组成的标准三角形。因此,古埃及人认为圆是天赐予人们的神圣图形。今天,我们都很熟悉圆,天天和圆打交道,可是要认识和掌握好圆的性质也不容易。

实践出真知。早期的埃及人,一定是用绳子绕木桩的方法来画圆。他们从长绳子画出来的圆大,短绳子画出来的圆小,知道了圆面积的大小,是由圆周到圆心的距离来决定的,这就是我们常说的半径。

到了350年前左右,当金字塔已成为古迹的时候,一个叫阿赫美斯的埃及文书,写出了一条这样的法则:圆的面积,非常接近于半径为边的正方形面积的三又七分之一倍。这在当时是很了不起的发现!

阿赫美斯是怎样得到这个求圆面积的方法的,我们恐怕永远弄不清楚,只能猜想他大概还是用划三角形的方法。现在,他的纸草纸手稿装在精致的镜框里,悬挂在伦敦大英博物馆里。

分散在世界各地博物馆中的纸草纸手稿,虽然能帮助我们了解古埃及的数学,不过现有的大部分资料,还是从考察尼罗河畔的古建筑得来的。

有的金字塔,四面准确地对着东西南北,可见古埃及人确定方向的本领很高明。他们可能是根据一个高大的石柱阴影,来确定东西南北的。

有一座大庙的遗址,至今仍屹立着一排柱子。在一年356天中,只有夏至这一天早晨的阳光,能沿着这一排柱子照射进去。数一数太阳光两次正好沿着这行柱子照进庙堂的天数,这就是一年的长短。

在测定时间方面,埃及人也是根据日月星辰的位置和物影来确定的。不过,他们比原始狩猎者和采集者进步得多。早晨,原始人看到长长的物影,顶多只能说:“时间还早啦!”埃及人有日规,看看有刻度的木条上的影子,就能说出:“上午第二个时辰快到了!”

从此,人们有了真正的科学。不过,古埃及留下来的许多图画,画的是上帝掌管日夜时辰的忙碌情景。看来他们是背着一个十分沉重的迷信包袱,在科学的道路上艰难地摸索着。

数学大年事表

约公元前3000年埃及象形数字

公元前2400—前1600年早期巴比伦泥版楔形文字,采用60进位值制记数法。已知勾股定理

公元前1850—前1650年埃及纸草书(莫斯科纸草书与莱因德纸草书),使用10进非位值制记数法

公元前1400—前1100年中国殷墟甲骨文,已有10进制记数法

周公(公元前11世纪)、商高时代已知勾三、股四、弦五

约公元前600年希腊泰勒斯开始了命题的证明

约公元前540年希腊毕达哥拉斯学派,发现勾股定理,并导致不可通约量的发现

约公元前500年印度《绳法经》中给出2相当精确的值,并知勾股定理

约公元前460年希腊智人学派提出几何作图三大问题:化圆为方、三等分角和二倍立方

约公元前450年希腊埃利亚学派的芝诺提出悖论

公元前430年希腊安提丰提出穷竭法

约公元前380年希腊柏拉图在雅典创办“学园”,主张通过几何的学习培养逻辑思维能力

公元前370年希腊欧多克索斯创立比例论

约公元前335年欧多莫斯著《几何学史》

中国筹算记数,采用十进位值制

约公元前300年希腊欧几里德著《几何原本》,是用公理法建立演绎数学体系的最早典范

公元前287—前212年希腊阿基米德,确定了大量复杂几何图形的面积与体积;给出圆周率的上下界;提出用力学方法推测问题答案,隐含近代积分论思想

公元前230年希腊埃拉托塞尼发明“筛法”

公元前225年希腊阿波罗尼奥斯著《圆锥曲线论》

约公元前150年中国现存最早的数学书《算数书》成书(1983—1984年间在湖北江陵出土)

约公元前100年中国《周髀算经》成书,记述了勾股定理

中国古代最重要的数学著作《九章算术》经历代增补修订基本定形(一说成书年代为公元50—100年间),其中正负数运算法则、分数四则运算、线性方程组解法、比例计算与线性插值法、盈不足术等都是世界数学史上的重要贡献

约公元62年希腊海伦给出用三角形三边长表示面积的公式(海伦公式)

约公元150年希腊托勒密著《天文学》,发展了三角学

约公元250年希腊刁藩都著《算术》,处理了大量不定方程问题,并引入一系列缩写符号,是古希腊代数的代表作

约公元263年中国刘徽注解《九章算术》,创割圆术,计算圆周率,证明圆面积公式,推导四面体及四棱锥体积等,包含有极限思想

约公元300年中国《孙子算经》成书,系统记述了筹算记数制,卷中的“物不知数”题是孙子剩余定理的起源

公元320年希腊帕普斯著《数学汇编》,总结古希腊各家的研究成果,并记述了“帕普斯定理”和旋转体体积计算法

公元410年希腊许帕提娅,历史上第一位女数学家,曾注释欧几里德、刁藩都等人的著作

公元462年中国祖冲之算出圆周率在3.1415926与3.1415927之间,并以22/7为约率,355/113为密率(现称祖率)

中国祖冲之和他的儿子祖暅提出“幂势既同则积不容异”的原理,现称祖暅原理,相当于西方的卡瓦列里原理(1635年)

公元499年印度阿耶波多著《阿耶波多文集》,总结了当时印度的天文、算术、代数与三角学知识。已知π=3.1416,尝试以连分数解不定方程

公元600年中国刘焯首创等间距二次内插公式,后发展出不等间距二次内插法(僧一行,724年)和三次内插法(郭守敬,1280年)

约公元625年中国王孝通著《缉古算经》,是最早提出数字三次方程数值解法的著作

公元628年印度婆罗摩笈多著《婆罗摩历算书》,已知圆内接四边形面积计算法,推进了一、二次不定方程的研究

公元656年中国李淳风等注释十部算经,后通称《算经十书》

公元820年阿拉伯花拉子米著《代数学》,以二次方程求解为主要内容,12世纪该书被译成拉丁文传入欧洲

约公元870年印度出现包括零的十进制数码,后传入阿拉伯演变为现今的印度—阿拉伯数码

约公元1050年中国贾宪提出二项式系数表(现称贾宪三角和增乘开方法)

公元1100年阿拉伯奥马·海亚姆首创用两条圆锥曲线的交点来表示三次方程的根

公元1150年印度婆什迦罗第二著《婆什迦罗文集》为中世纪印度数学的代表作,其中给出二元不定方程x2=1+py2若干特解,对负数有所认识,并使用了无理数

公元1202年意大利L斐波那契著《算盘书》,向欧洲人系统地介绍了印度—阿拉伯数码及整数、分数的各种算法

公元1247年中国秦九韶著《数书九章》,创立解一次同余式的大衍求一术和求高次方程数值解的正负开方术,相当于西方的霍纳法(1819年)

公元1248年中国李冶著《测圆海镜》,是中国现存第一本系统论述天元术的著作

约公元1250年阿拉伯纳西尔丁·图西开始使三角学脱离天文学而独立,将欧几里德《几何原本》译为阿拉伯文

公元1303年中国朱世杰著《四元玉鉴》,将天元术推广为四元术,研究高阶等差数列求和问题

公元1325年英国T·布雷德沃丁将正切、余切引入三角计算

公元14世纪珠算在中国普及

同类推荐
  • 纳税筹划

    纳税筹划

    依法纳税是纳税人应尽的基本义务,但有些企业由于缺乏纳税筹划人才,或由于没有聘请专业财税专家进行纳税筹划,导致企业税负沉重,甚至严重影响到企业的持续健康发展。本书借鉴大量优秀纳税筹划成果,结合作者对于纳税筹划理论和实践上的理解认识,通过大量案例讲解旨在抛砖引玉,为企业财务人员提高纳税筹划技能和经济管理类专业教学提供帮助。
  • 西方教育十二讲

    西方教育十二讲

    本书有选择性地十二个专题,通过对话的方式展示古希腊、罗以时期以来西方教育思想与制度演变的基本路径与探索主题,内容涉及西方自由教育传统的奠基性成型、中世纪时期理性与信仰文化对教育的影响、中世纪大学的诞生与知识传播、文艺复兴与西方教育人文性格的形成、宗教改革的教育意义等。
  • 匹克威克外传

    匹克威克外传

    该书是英国著名作家狄更斯的第一部长篇小说。《匹克威克外传》是一部能给我们带来关于友情、亲情、爱情新体验的经典作品。相信读完全书,我们能了解到如何为人处世,如何成为一个有勇气、坚持原则、坚持善良、充满智慧、有责任心的人。同时,我们也会懂得,一个人不仅要对自己、对家庭负责,也要对朋友、对他人、对社会负责。《匹克威克外传》是狄更斯的第一部长篇小说,也是他的成名作。这部主要讲述的是天真善良、不谙世事的有产者匹克威克带领其社员们在英国各地漫游的奇趣经历与所见所闻,形象地宣扬了善良战胜邪恶的道德信条。全书情节分为两条主线:一是匹克威克与骗子金格尔的一次又一次较量;二是巴德尔太太诉匹克威克毁弃婚约的诉讼。在这两条相互交织的主线之外,匹克威克信徒们的故事以及旅途听到的故事则构成一条条副线。
  • 中学理科课程资源-探索数学发展

    中学理科课程资源-探索数学发展

    追溯数理化的演变历程,对话最新颖权威的方法,探索最成功的课程教学,感受最前沿的科技动态,理科教育的全程解码,数理化的直面写真。
  • 学生素质教育丛书-禁毒教育读本

    学生素质教育丛书-禁毒教育读本

    本套丛书共分为:美育教育读本,在五星红旗下成长,学生素质培养读本,启智教育读本,学生行为规范读本,艰苦奋斗教育读本,传统美德教育读本,禁毒教育读本,家长学校读本,英雄主义教育读本。针对学生素质教育面临的重要问题,详细地论述了学生综合素质教育的基本内容。
热门推荐
  • 何以怀念,何必留恋

    何以怀念,何必留恋

    她默默无闻了二十八年,愚人节那天,怀着无所谓的态度去相亲,却相到了自己老板。他是传闻中的高冷老板,中元节那天,他拉着她到民政局扯了证,说婚姻不需要爱情。她原以为婚姻是一场相濡以沫的游戏,所以头也不回往下跳,却不想那只是一场蓄谋已久的恶作剧……PS:新坑《他的心上香》已开。调香师&双面总裁的日常,欢迎入坑!
  • 在阳光下犯罪

    在阳光下犯罪

    完美的不在场证明;被害人在大庭广众之下瞬间消失;二十年不腐的含冤女尸……大学时期即被誉为“马桶上的凡杜森”的思考机器曲流光是一所幼儿园的老师,为了帮身为刑警的妻子阳飞瑶减轻棘手案件带来的压力,决定身居幕后帮妻子破案!不去命案现场,只看卷宗分析,不直接告诉妻子,只是旁敲侧击!且看帅气老师如何使得犯罪分子无所遁形!
  • 那抹白

    那抹白

    昂,第一次写书,谢谢浏览,不满意的地方希望提出
  • 无敌从融合万物开始

    无敌从融合万物开始

    我有个火焰兔,我有个毒蜂,呃,火焰毒蜂王!我有个冰霜翼龙,我有个雷蛟,融合!出来吧,冰翼雷龙!……【神迹】开服,别人都在忙着升级,抓紧时间与别的玩家拉开等级。而薛秋,却是在一个神秘NPC身上,浪费了三天时间!终于,功夫不负有心人,三天的苦耗,让薛秋一级的时候,就习得唯一性SSS级技能【神级融合术】!……某婀娜多姿的女盟主:“薛秋你是不是有病,你把你收服的七个传说级boss都弄出来干啥呐?你要干啥?你要是弄一个无敌巨无霸出来,玩家怎么活?游戏要是关服,你等着承担赔偿吧!”薛秋:“额,我在搞研发,传说boss七合一!成功了,请叫我薛大佬,我打游戏养你!失败了,就叫我薛某吧,你给老子守活寡!”
  • 剑侠与武士传奇

    剑侠与武士传奇

    这是华夏武林和东瀛武林的碰撞,一个是惨遭灭门、漂流过海的东瀛武士,一个是来自神州没落门派、身世神秘的普通弟子。当你自以为发现真相时,其实已经落入了敌人的陷阱。人在江湖,身不由己;武林之中,不分错对。弱,就是罪。
  • 攻城

    攻城

    本书以主人公张六为生活所迫当脚夫后成为工头,后加入中共地下党;解放太原时,张六又作为我解放大军的登城向导打回太原城的传奇经历为叙述结构主线,故事情节精彩,人物性格鲜明。作品语言老辣,寓意深涵。是一部关于父亲的传奇小说,是一部引发读者思索的人生之“城”。
  • 我是恐婚族

    我是恐婚族

    三凝和程流的感情爱而不得。三凝恐婚,程流死去的前妻和三凝样貌一样,程流纠结于自己到底爱的是谁?生活继续,两人感情一直平行,程流选择陪伴,感情在信仰面前,于三凝根本不算什么,于程流很重要。
  • 怒放的生命:春天的回归

    怒放的生命:春天的回归

    这是一个反家暴、反性侵犯的故事。多年来,春晓一直遭受家暴,童年时还遭遇过性侵犯。她坚持学习,相信教育可以改变命运,经历过对人生的深度思考后,她毅然而然地开始了一连串反家暴、反性侵犯的故事。
  • 摩罗天星

    摩罗天星

    一次宇宙大毁灭,白色星球不幸遭难。摩罗人在宇宙间广撒家族种子,期待可以重兴家族的辉煌,带有家族命脉的天星少主,在宇宙间游离,一千年后终于修成人形,化身为地球人。天星少主的复活重生,与地球族的爱恨情仇。一个沉埋千年的星际预言开始秘密行动。肩负家族使命的天星少主与地球族领袖,他们的命运最终将如何行走。
  • 放肆青春大胆爱

    放肆青春大胆爱

    大学宿舍的四个女生,她们的爱恨情仇,和生死离别的故事