数学史古代希腊数学上精.ppt
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1、数学史古代希腊数学上第1页,本讲稿共48页n从公元前从公元前2000年左右到公元前年左右到公元前30年,古代希腊年,古代希腊人以巴尔干半岛、爱琴海诸岛和小亚细亚沿岸人以巴尔干半岛、爱琴海诸岛和小亚细亚沿岸为中心,在包括北非、西亚和意大利半岛南部为中心,在包括北非、西亚和意大利半岛南部及西西里岛的整个地中海地区建立起了一系列及西西里岛的整个地中海地区建立起了一系列奴隶制国家。奴隶制国家。第2页,本讲稿共48页第3页,本讲稿共48页第4页,本讲稿共48页n希腊人在文明史上首屈一指,在数学史上至希腊人在文明史上首屈一指,在数学史上至高无上。他们虽也取用了周围其他文明世界高无上。他们虽也取用了周围其他
2、文明世界的一些东西,但希腊人创造了他们自己的文的一些东西,但希腊人创造了他们自己的文明和文化,这是一切文明中最宏伟的,是对明和文化,这是一切文明中最宏伟的,是对现代西方文化的发展影响最大的,是对今日现代西方文化的发展影响最大的,是对今日数学的奠基有决定作用的。数学的奠基有决定作用的。古今数学思想古今数学思想第5页,本讲稿共48页n奴隶制城邦奴隶制城邦n海滨移民海滨移民n他们具有典型的开拓精神,对于所接触的事物,不愿因他们具有典型的开拓精神,对于所接触的事物,不愿因袭传统;袭传统;n其次,他们身处与两大河谷毗邻之地,易于汲取那里的其次,他们身处与两大河谷毗邻之地,易于汲取那里的文化。文化。第6页
3、,本讲稿共48页n通常把希腊开创的初等数学时期分为两个阶段。通常把希腊开创的初等数学时期分为两个阶段。n一是一是希腊早期数学希腊早期数学,即,即古典时期古典时期的希腊数学。的希腊数学。这个阶段大约从公元前六世纪开始到公元前三这个阶段大约从公元前六世纪开始到公元前三世纪。世纪。n二是二是希腊后期数学希腊后期数学,即,即亚历山大时期亚历山大时期的希腊数的希腊数学。这一时期大约从公元前三世纪到公元六世学。这一时期大约从公元前三世纪到公元六世纪。纪。第7页,本讲稿共48页第8页,本讲稿共48页1 爱奥尼亚学派和演绎证明爱奥尼亚学派和演绎证明n以演绎证明为基本特征的以演绎证明为基本特征的 数学,最早诞生
4、于古希腊数学,最早诞生于古希腊 爱奥尼亚地区的海滨城市爱奥尼亚地区的海滨城市米利都米利都。n“希腊科学之父希腊科学之父”泰勒斯泰勒斯 n古希腊第一个数学学派古希腊第一个数学学派爱奥尼亚学派爱奥尼亚学派n米利都同时也是希腊哲学和科学的诞生地米利都同时也是希腊哲学和科学的诞生地第9页,本讲稿共48页1 爱奥尼亚学派和演绎证明爱奥尼亚学派和演绎证明n泰勒斯的五个命题:泰勒斯的五个命题:圆被任一直径二等分;圆被任一直径二等分;等腰三角形的两底角相等;等腰三角形的两底角相等;两条直线相交,对顶角相等两条直线相交,对顶角相等;两个三角形,有两个角和一条边对应相等,则这两个两个三角形,有两个角和一条边对应相
5、等,则这两个三角形全等;三角形全等;内接于半圆的角必为直角。内接于半圆的角必为直角。n其中最后一个定理被人们称为其中最后一个定理被人们称为“泰勒斯定理泰勒斯定理”。第10页,本讲稿共48页1 爱奥尼亚学派和演绎证明爱奥尼亚学派和演绎证明n从泰勒斯开始,人们已不再仅仅利用直观和实从泰勒斯开始,人们已不再仅仅利用直观和实验来寻求数学结论了。验来寻求数学结论了。n换句话说,实际上泰勒斯已经将逻辑学中的换句话说,实际上泰勒斯已经将逻辑学中的演绎推理引入了数学,奠定了演绎推理引入了数学,奠定了演绎数学的基演绎数学的基础础,这使得他获得了,这使得他获得了第一位数学家和论证几何学第一位数学家和论证几何学家鼻
6、祖家鼻祖的美誉。的美誉。n关于泰勒斯,还有一些其他的零星传说。关于泰勒斯,还有一些其他的零星传说。n理性思维理性思维的观念,正是希腊科学精神的精髓之所的观念,正是希腊科学精神的精髓之所在。在。第11页,本讲稿共48页2 毕达哥拉斯学派与毕达哥拉斯学派与“万物皆数万物皆数”n毕达哥拉斯毕达哥拉斯是古希腊哲是古希腊哲学家、数学家、天文学学家、数学家、天文学家和音乐理论家,出生家和音乐理论家,出生与爱琴海中的萨摩斯岛。与爱琴海中的萨摩斯岛。第12页,本讲稿共48页2 毕达哥拉斯学派与毕达哥拉斯学派与“万物皆数万物皆数”n意大利半岛南部的克罗多意大利半岛南部的克罗多内内n一个集政治、宗教和学术一个集政
7、治、宗教和学术研究于一体的秘密会社,研究于一体的秘密会社,这就是著名的这就是著名的毕达哥拉斯学毕达哥拉斯学派派。n相传希腊文中相传希腊文中“哲学哲学”和和“数学数学”这两个词就是由毕达这两个词就是由毕达哥拉斯学派创造的。哥拉斯学派创造的。第13页,本讲稿共48页2 毕达哥拉斯学派与毕达哥拉斯学派与“万物皆数万物皆数”n基本信条基本信条 “万物皆数万物皆数”万物的本原就是数万物的本原就是数n数是由单子或数是由单子或1产生的,因此将产生的,因此将1命名为命名为“原因原因数数”,每一个数都被赋予了特定的属性,而,每一个数都被赋予了特定的属性,而一切数中最神圣的是一切数中最神圣的是10,他们信奉和崇拜
8、,他们信奉和崇拜10,认为它是完美、和谐的标志。认为它是完美、和谐的标志。n这种这种“万物皆数万物皆数”的观念从另一侧面强调了数学的观念从另一侧面强调了数学对客观世界的重要作用,这也是对客观世界的重要作用,这也是数学化思想数学化思想的最的最初表述形式。初表述形式。第14页,本讲稿共48页2 毕达哥拉斯学派与毕达哥拉斯学派与“万物皆数万物皆数”n毕达哥拉斯学派还定义了毕达哥拉斯学派还定义了完全数完全数、过剩数和不足、过剩数和不足数。数。n6是最小的完全数,下一个完全数是是最小的完全数,下一个完全数是28,等等。,等等。n亲和数亲和数的概念也被归功于毕达哥拉斯学派。的概念也被归功于毕达哥拉斯学派。
9、n最小的一对亲和数是最小的一对亲和数是220和和284。第15页,本讲稿共48页2 毕达哥拉斯学派与毕达哥拉斯学派与“万物皆数万物皆数”n毕达哥拉斯学派关于毕达哥拉斯学派关于“形数形数”的研究,强烈地反的研究,强烈地反映了他们将数作为几何思维元素的精神。映了他们将数作为几何思维元素的精神。三角形数三角形数 N=1+2+3+n(n+1)/2 正方形数正方形数 N=1+3+5+7+(2n-1)五边形数五边形数 N=1+4+7+(3n-2)=n(3n-1)/2 六边形数六边形数 N=1+5+9+(4n-3)=2n2-nn高阶等差序列高阶等差序列第16页,本讲稿共48页2 毕达哥拉斯学派与毕达哥拉斯学
10、派与“万物皆数万物皆数”n形数(形数(figured numbers)理论可以上溯到)理论可以上溯到毕达哥拉斯(毕达哥拉斯(Pythagoras,569 B.C.500 B.C.)本人。用一点(或一个小石子)代表)本人。用一点(或一个小石子)代表1,两点(或两个小石子)代表两点(或两个小石子)代表2,三点(或三个,三点(或三个小石子)代表小石子)代表3,等等,毕达哥拉斯学派在世界,等等,毕达哥拉斯学派在世界数学史上首次建立了数和形之间的联系。早期毕数学史上首次建立了数和形之间的联系。早期毕达哥拉斯学派似乎已经熟悉利用小石子或点来构达哥拉斯学派似乎已经熟悉利用小石子或点来构造三角形数和正方形数;
11、晚期的毕达哥拉斯学派造三角形数和正方形数;晚期的毕达哥拉斯学派成员尼可麦丘(成员尼可麦丘(Nicomachus,60?120?)以及稍后的泰恩(以及稍后的泰恩(Theon,约约2世纪上半叶)则世纪上半叶)则讨论了各种平面数(包括三角形数、正方形数、讨论了各种平面数(包括三角形数、正方形数、长方形数、五边形数、六边形数等等)和立体长方形数、五边形数、六边形数等等)和立体数(包括立方数、棱锥数等等)。数(包括立方数、棱锥数等等)。第17页,本讲稿共48页2 毕达哥拉斯学派与毕达哥拉斯学派与“万物皆数万物皆数”n后期毕达哥拉斯学派数学家尼可麦丘在后期毕达哥拉斯学派数学家尼可麦丘在算术算术引论引论中将
12、多边形数推广到立体数。前四个三中将多边形数推广到立体数。前四个三棱锥数为棱锥数为 1 1+3 1+3+6 1+3+6+10 第18页,本讲稿共48页2 毕达哥拉斯学派与毕达哥拉斯学派与“万物皆数万物皆数”前四个四棱锥数为前四个四棱锥数为 1 1+4 1+4+9 1+4+9=16 第第n个四棱锥数为个四棱锥数为第19页,本讲稿共48页n“形数形数”体现了数与形的结合。体现了数与形的结合。n数形结合的另一个典型例子是由数形结合的另一个典型例子是由给出的给出的毕达哥拉斯三元数组毕达哥拉斯三元数组。2 毕达哥拉斯学派与毕达哥拉斯学派与“万物皆数万物皆数”第20页,本讲稿共48页2 毕达哥拉斯学派与毕达
13、哥拉斯学派与“万物皆数万物皆数”n“美是和谐与比例美是和谐与比例”n最美的图形在平面上是圆,在空间是球,整个最美的图形在平面上是圆,在空间是球,整个地球、天体和宇宙是一个圆球。宇宙中的各种地球、天体和宇宙是一个圆球。宇宙中的各种物体都作均匀的圆周运动。物体都作均匀的圆周运动。n音乐理论音乐理论n毕达哥拉斯不仅把毕达哥拉斯不仅把“美是和谐与比例美是和谐与比例”的科学的科学美学思想用于音乐和天文学,还十分广泛地将美学思想用于音乐和天文学,还十分广泛地将其应用到建筑、雕刻、地学、生物学、医学等其应用到建筑、雕刻、地学、生物学、医学等领域。领域。第21页,本讲稿共48页2 毕达哥拉斯学派与毕达哥拉斯学
14、派与“万物皆数万物皆数”n毕达哥拉斯学派掌握了正多边形和正多面体的一毕达哥拉斯学派掌握了正多边形和正多面体的一些性质些性质n正多边形覆盖平面正多边形覆盖平面n立方体填满空间立方体填满空间n正十二面体、正五边形正十二面体、正五边形 “黄金分割黄金分割”n五角星作为学派的标志五角星作为学派的标志第22页,本讲稿共48页2 毕达哥拉斯学派与毕达哥拉斯学派与“万物皆数万物皆数”n毕达哥拉斯定理毕达哥拉斯定理(勾股定理)(勾股定理)n中国人、巴比伦人、埃及人和印度人都早就知道中国人、巴比伦人、埃及人和印度人都早就知道这个定理的特殊情况,不过只有希腊人才以一般这个定理的特殊情况,不过只有希腊人才以一般的形
15、式得到了证明。的形式得到了证明。n百牛传说百牛传说第23页,本讲稿共48页2 毕达哥拉斯学派与毕达哥拉斯学派与“万物皆数万物皆数”n“万物皆数万物皆数”:任何量都可以表示成两整数之比:任何量都可以表示成两整数之比(即某个有理量)。(即某个有理量)。n“可公度量可公度量”n毕达哥拉斯学派曾经发现正方形的对角线和其毕达哥拉斯学派曾经发现正方形的对角线和其一边构成不可公度线段,其证明与我们现在的一边构成不可公度线段,其证明与我们现在的中学数学教科书中证明中学数学教科书中证明2是无理数的方法相是无理数的方法相同。同。n希帕索斯希帕索斯 欧多克斯欧多克斯第24页,本讲稿共48页2 毕达哥拉斯学派与毕达哥
16、拉斯学派与“万物皆数万物皆数”n证明证明2是无理数是无理数矛盾。矛盾。第25页,本讲稿共48页3 芝诺悖论与巧辩学派芝诺悖论与巧辩学派n毕达哥拉斯学派发现的不可公度向希腊数学提出毕达哥拉斯学派发现的不可公度向希腊数学提出了一个难题,这就是如何处理离散与联系、有限了一个难题,这就是如何处理离散与联系、有限与无限的关系。大多数希腊数学家回避了这个问与无限的关系。大多数希腊数学家回避了这个问题,转而去研究几何量之间的关系去了。但来自题,转而去研究几何量之间的关系去了。但来自卢卡尼亚的一位哲学家卢卡尼亚的一位哲学家芝诺芝诺,针对当时对无限、,针对当时对无限、运动和联系等人们认识模糊不清的概念,提运动和
17、联系等人们认识模糊不清的概念,提出了出了45个违背常理的个违背常理的悖论悖论,把这些矛盾暴露出,把这些矛盾暴露出来,在希腊数学界引起了巨大的震动。来,在希腊数学界引起了巨大的震动。第26页,本讲稿共48页3 芝诺悖论与巧辩学派芝诺悖论与巧辩学派n亚里士多德亚里士多德物理学物理学记载的四个悖论记载的四个悖论n二分法二分法n阿基里斯追龟阿基里斯追龟n飞箭静止(飞矢不动)飞箭静止(飞矢不动)n运动场运动场第27页,本讲稿共48页第28页,本讲稿共48页3 芝诺悖论与巧辩学派芝诺悖论与巧辩学派n芝诺的这些悖论在当时是十分困难的,因为他的芝诺的这些悖论在当时是十分困难的,因为他的问题已经涉及到对于当时的
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