人物生平
身世
歐幾里德的身世我們知道得很少,他的《幾何原本》大概是亞歷山大大學(xué)的一個(gè)課本。亞歷山大大學(xué)是希臘文化最后集中的地方,因?yàn)閬啔v山大自己到過亞歷山大,因此就建立了當(dāng)時(shí)北非的大城,靠在地中海。但是他遠(yuǎn)征到亞洲之后,我們知道他很快就死了。之后,他的大將托勒密管理當(dāng)時(shí)的埃及區(qū)域。
托勒密很重視學(xué)問,就成立了一個(gè)大學(xué)。這個(gè)大學(xué)就在他的王宮旁邊,是當(dāng)時(shí)全世界最優(yōu)秀的大學(xué),設(shè)備非常好,有許多書。很可惜由于宗教的原因以及眾多的原因,現(xiàn)在這個(gè)學(xué)校已經(jīng)被完全毀掉了。當(dāng)時(shí)的基督教就不喜歡這個(gè)學(xué)校,已經(jīng)被毀了,回教人占領(lǐng)北非之后就大規(guī)模地破壞、并焚燒圖書館的書。所以現(xiàn)在這個(gè)學(xué)校完全不存在了。
懂幾何者
歐幾里得(Euclid)是古希臘著名數(shù)學(xué)家、歐氏幾何學(xué)開創(chuàng)者。歐幾里得出生于雅典,當(dāng)時(shí)雅典就是古希臘文明的中心。濃郁的文化氣氛深深地感染了歐幾里得,當(dāng)他還是個(gè)十幾歲的少年時(shí),就迫不及待地想進(jìn)入柏拉圖學(xué)園學(xué)習(xí)。
一天,一群年輕人來到位于雅典城郊外林蔭中的柏拉圖學(xué)園。只見學(xué)園的大門緊閉著,門口掛著一塊木牌,上面寫著:“不懂幾何者,不得入內(nèi)! ”這是當(dāng)年柏拉圖親自立下的規(guī)矩,為的是讓學(xué)生們知道他對數(shù)學(xué)的重視,然而卻把前來求教的年輕人給鬧糊涂了。有人在想,正是因?yàn)槲也欢當(dāng)?shù)學(xué),才要來這兒求教的呀,如果懂了,還來這兒做什么?正在人們面面相覷,不知是進(jìn)是退的時(shí)候,歐幾里得從人群中走了出來,只見他整了整衣冠,看了看那塊牌子,然后果斷地推開了學(xué)園大門,頭也沒有回地走了進(jìn)去。
編寫巨著
最早的幾何學(xué)興起于公元前7世紀(jì)的古埃及,后經(jīng)古希臘等人傳到古希臘的都城,又借畢達(dá)哥拉斯學(xué)派系統(tǒng)奠基。在歐幾里得以前,人們已經(jīng)積累了許多幾何學(xué)的知識,然而這些知識當(dāng)中,存在一個(gè)很大的缺點(diǎn)和不足,就是缺乏系統(tǒng)性。大多數(shù)是片斷、零碎的知識,公理與公理之間、證明與證明之間并沒有什么很強(qiáng)的聯(lián)系性,更不要說對公式和定理進(jìn)行嚴(yán)格的邏輯論證和說明。
因此,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮和發(fā)展,特別是隨著農(nóng)林畜牧業(yè)的發(fā)展、土地開發(fā)和利用的增多,把這些幾何學(xué)知識加以條理化和系統(tǒng)化,成為一整套可以自圓其說、前后貫通的知識體系,已經(jīng)是刻不容緩,成為科學(xué)進(jìn)步的大勢所趨。歐幾里得通過早期對柏拉圖數(shù)學(xué)思想,尤其是幾何學(xué)理論系統(tǒng)而周詳?shù)难芯浚衙翡J地察覺到了幾何學(xué)理論的發(fā)展趨勢。
他下定決心,要在有生之年完成這一工作,成為幾何第一人。為了完成這一重任,歐幾里得不辭辛苦,長途跋涉,從愛琴海邊的雅典古城,來到尼羅河流域的埃及新埠—亞歷山大城,為的就是在這座新興的,但文化蘊(yùn)藏豐富的異域城市實(shí)現(xiàn)自己的初衷。在此地的無數(shù)個(gè)日日夜夜里,他一邊收集以往的數(shù)學(xué)專著和手稿,向有關(guān)學(xué)者請教,一邊試著著書立說,闡明自己對幾何學(xué)的理解,哪怕是尚膚淺的理解。經(jīng)過歐幾里得忘我的勞動(dòng),終于在公元前300年結(jié)出豐碩的果實(shí),這就是幾經(jīng)易稿而最終定型的《幾何原本》一書。這是一部傳世之作,幾何學(xué)正是有了它,不僅第一次實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化、條理化,而且又孕育出一個(gè)全新的研究領(lǐng)域——?dú)W幾里得幾何學(xué),簡稱歐氏幾何。直到今天,他所創(chuàng)作的幾何原本仍然是世界各國學(xué)校里的必修課,從小學(xué)到初中、大學(xué)、再到現(xiàn)代高等學(xué)科都有他所創(chuàng)作的定律、理論和公式應(yīng)用。
沒有捷徑
在柏拉圖學(xué)派晚期導(dǎo)師普羅克洛斯(約410年~485年)的《幾何學(xué)發(fā)展概要》中,就記載著這樣一則故事,說的是數(shù)學(xué)在歐幾里得的推動(dòng)下,逐漸成為人們生活中的一個(gè)時(shí)髦話題(這與當(dāng)今社會(huì)截然相反),以至于當(dāng)時(shí)亞里山大國王托勒密一世也想趕這一時(shí)髦,學(xué)點(diǎn)兒幾何學(xué)。
雖然這位國王見多識廣,但歐氏幾何卻令他學(xué)的很吃力。于是,他問歐幾里得“學(xué)習(xí)幾何學(xué)有沒有什么捷徑可走?”,歐幾里得笑道:“抱歉,陛下!學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和學(xué)習(xí)一切科學(xué)一樣,是沒有什么捷徑可走的。學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),人人都得獨(dú)立思考,就像種莊稼一樣,不耕耘是不會(huì)有收獲的。在這一方面,國王和普通老百姓是一樣的。” 從此,“在幾何學(xué)里,沒有專為國王鋪設(shè)的大道!边@句話成為千古傳誦的學(xué)習(xí)箴言。
量金字塔
又有則故事。那時(shí)候,人們建造了高大的金字塔,可是誰也不知道金字塔究竟有多高。有人這么說:“要想測量金字塔的高度,比登天還難!”這話傳到歐幾里得耳朵里。他笑著告訴別人:“這有什么難的呢?當(dāng)你的影子跟你的身體一樣長的時(shí)候,你去量一下金字塔的影子有多長,那長度便等于金字塔的高度!”
沒有好處
來拜歐幾里得為師,學(xué)習(xí)幾何的人,越來越多。有的人是來湊熱鬧的,看到別人學(xué)幾何,他也學(xué)幾何。斯托貝烏斯(約500)記述了另一則故事,一位學(xué)生曾這樣問歐幾里得:“老師,學(xué)習(xí)幾何會(huì)使我得到什么好處?”歐幾里得思索了一下,請仆人拿點(diǎn)錢給這位學(xué)生。歐幾里得說:給他三個(gè)錢幣,因?yàn)樗朐趯W(xué)習(xí)中獲取實(shí)利。
主要成就
完全數(shù)
此外,歐幾里得在《幾何原本》中還對完全數(shù)做了探究,他通過 2^(n-1)·(2^n-1) 的表達(dá)式發(fā)現(xiàn)頭四個(gè)完全數(shù)的。
當(dāng)n= 2: 2^1(2^2-1) = 6 當(dāng)n= 3: 2^2(2^3-1) = 28 當(dāng)n= 5: 2^4(2^5-1) = 496 當(dāng)n= 7: 2^6(2^7-1) = 8128 一個(gè)偶數(shù)是完全數(shù),當(dāng)且僅當(dāng)它具有如下形式:2^(n-1).(2^n-1),此事實(shí)的充分性由歐幾里得證明,而必要性則由歐拉所證明。
其中2^(n)-1是素?cái)?shù),上面的6和28對應(yīng)著n=2和3的情況。我們只要找到了一個(gè)形如2^(n)-1 的素?cái)?shù)(即梅森素?cái)?shù)),也就知道了一個(gè)偶完全數(shù)。在手算時(shí)代梅森素?cái)?shù)可使人們更方便的計(jì)算完全數(shù),在計(jì)算機(jī)時(shí)代更是得到了廣泛深入的應(yīng)用,計(jì)算機(jī)的CPU可以更方便的計(jì)算各種數(shù)。
盡管沒有發(fā)現(xiàn)奇完全數(shù),但是當(dāng)代數(shù)學(xué)家奧斯丁·歐爾證明,若有奇完全數(shù),則其形式必然是12p+ 1或36p+ 9的形式,其中p是素?cái)?shù)。在10^300以下的自然數(shù)中奇完全數(shù)是不存在的。
首五個(gè)完全數(shù)是:
6
28
496
8128
33550336
歐幾里得算法
歐幾里得算法又稱輾轉(zhuǎn)相除法,用于計(jì)算兩個(gè)整數(shù)a,b的最大公約數(shù)。
幾何原本
《幾何原本》是一部集前人思想和歐幾里得個(gè)人創(chuàng)造性于一體的不朽之作。這部書已經(jīng)基本囊括了幾何學(xué)從公元前7世紀(jì)到古希臘,一直到公元前4世紀(jì)——?dú)W幾里得生活時(shí)期——前后總共400多年的數(shù)學(xué)發(fā)展歷史。
它不僅保存了許多古希臘早期的幾何學(xué)理論,而且通過歐幾里得開創(chuàng)性的系統(tǒng)整理和完整闡述,使這些遠(yuǎn)古的數(shù)學(xué)思想發(fā)揚(yáng)光大。它開創(chuàng)了古典數(shù)論的研究,在一系列公理、定義、公設(shè)的基礎(chǔ)上,創(chuàng)立了歐幾里得幾何學(xué)體系,成為用公理化方法建立起來的數(shù)學(xué)演繹體系的最早典范。
全書共分13卷。書中包含了5條“公理”、5條“公設(shè)”、23個(gè)定義和467個(gè)命題。
在每一卷內(nèi)容當(dāng)中,歐幾里得都采用了與前人完全不同的敘述方式,即先提出公理、公設(shè)和定義,然后再由簡到繁地證明它們。這使得全書的論述更加緊湊和明快。
而在整部書的內(nèi)容安排上,也同樣貫徹了他的這種獨(dú)具匠心的安排。它由淺到深,從簡至繁,先后論述了直邊形、圓、比例論、相似形、數(shù)、立體幾何以及窮竭法等內(nèi)容。其中有關(guān)窮竭法的討論,成為近代微積分思想的來源。
照歐氏幾何學(xué)的體系,所有的定理都是從一些確定的、不需證明而礴然為真的基本命題即公理演繹出來的。在這種演繹推理中,對定理的每個(gè)證明必須或者以公理為前提,或者以先前就已被證明了的定理為前提,最后做出結(jié)論。對后世產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
人物著作
他最著名的著作《幾何原本》是歐洲數(shù)學(xué)的基礎(chǔ),總結(jié)了平面幾何五大公設(shè),被廣泛的認(rèn)為是歷史上最成功的教科書。歐幾里得也寫了一些關(guān)于透視、圓錐曲線、球面幾何學(xué)及數(shù)論的作品。歐幾里得使用了公理化的方法。這一方法后來成了建立任何知識體系的典范,在差不多二千年間,被奉為必須遵守的嚴(yán)密思維的范例。
除了《幾何原本》之外,他還有不少著作,可惜大都失傳。歐幾里得還有另外五本著作流傳至今。它們與《幾何原本》一樣,內(nèi)容都包含定義及證明。
《已知數(shù)》(Data)是除《原本》之外惟一保存下來的他的希臘文純粹幾何著作,體例和《原本》前6卷相近,包括94個(gè)命題。指出若圖形中某些元素已知,則另外一些元素也可以確定。
《圓形的分割》(On divisions of figures)現(xiàn)存拉丁文本與阿拉伯文本,論述用直線將已知圖形分為相等的部分或成比例的部分,內(nèi)容與希羅(Heron of Alexandria)的作品相似。
《反射光學(xué)》(Catoptrics)論述反射光在數(shù)學(xué)上的理論,尤其論述形在平面及凹鏡上的圖像?墒怯腥速|(zhì)疑這本書是否真正出自歐幾里得之手,它的作者可能是塞翁(Theon of Alexandria)。
《現(xiàn)象》(Phenomena)是一本關(guān)于球面天文學(xué)的論文,現(xiàn)存希臘文本。這本書與奧托呂科斯(Autolycus of Pitane)所寫的On the Moving Sphere相似。
《光學(xué)》(Optics)早期幾何光學(xué)著作之一,現(xiàn)存希臘文本。這本書主要研究透視問題,敘述光的入射角等與反射角等。認(rèn)為視覺是眼睛發(fā)出光線到達(dá)物體的結(jié)果。還有一些著作未能確定是否屬于歐幾里得,而且已經(jīng)散失。
人物評價(jià)
歐幾里得是古希臘最負(fù)盛名、最有影響的數(shù)學(xué)家之一。歐幾里得的《幾何原本》對于幾何學(xué)、數(shù)學(xué)和科學(xué)的未來發(fā)展,對于西方人的整個(gè)思維方法都有極大的影響!稁缀卧尽肥枪畔ED數(shù)學(xué)發(fā)展的頂峰。歐幾里得將公元前七世紀(jì)以來希臘幾何積累起來的豐富成果,整理在嚴(yán)密的邏輯系統(tǒng)運(yùn)算之中,使幾何學(xué)成為一門獨(dú)立的、演繹的科學(xué)。