奇特的墓志铭

让我们说说丢番图,丢番图不是什么“图”,而是一个人的名字。

说起数学家丢番图的生平,还有一则别开生面的记载,在一本《希腊诗文选》中收录了丢番图的奇特的墓志铭:

墓中安葬着丢番图,

多么令人惊讶,

它忠实地记录了所经历的路程。

上帝给予的童年占六分之一,

又过十二分之一,才两颊长胡,

再过七分之一,点燃起结婚的蜡烛。

五年之后天赐贵子,

可怜迟到的宁馨儿,

享年仅及其父的一半,便进入冰冷的坟墓。

悲伤只有用数论的研究去弥补,

又过四年,他也走完了人生的旅途。

细心的读者已经发现,这独特的墓志铭就是丢番图一生的履历表,而且它本身就是一道耐人寻味的年龄计算题。

都说学习语言需要环境,有了语言环境,效率大增,学习数学也是这样,有一个数学环境对于学好数学和提高效率至关重要。不过,不要着急,创造数学环境并不太难,只要注意经常使用数学语言,长期积累,自有成效,你看看,丢番图连墓志铭都不忘记用数学的方式来表达。

古罗马时期,其政治、军事日益强大,它雄踞西方,称霸一时。它在经济上曾经很是繁荣,技术上也有不少的成绩,但它在科学上、在科学思想上几乎无所建树。

古罗马以基督教为国教,实行思想统治,禁锢了人们的思想,古希腊时期那种活跃的学术气氛已经不复存在,新鲜的思想得不到萌芽的机会,数学科学更是举步不前。在这一时期,比较著名的数学科学家只有丢番图、帕波斯和希帕蒂娅。

丢番图大致活动于公元250年前后,其生平不详。他的著作《算术》和关于所谓多角数一书,算得上是世界上最早的系统的数学论文。

《算术》共13卷,现存6卷。这本书可以归入代数学的范围。代数学区别于其他学科的最大特点是引入了未知数,并对未知数加以运算。

它根据问题的条件列方程,然后解方程求出未知数,如我们前边关于丢番图年龄的计算。丢番图,他被后人称作是“代数学之父”。

希腊数学自毕达哥拉斯学派以后,兴趣都在几何,他们认为只有经过几何论证的命题才是可靠的。为了逻辑的严密性,那个时代代数也披上了几何的外衣。所以一切代数问题,甚至简单的一次方程的求解,也都纳入僵硬的几何模式之中。直到丢番图的出现,才把代数解放出来,摆脱了几何的羁绊。某些在欧几里得《几何原本》中是重要的几何定理,而在丢番图的《算术》中,只是简单代数运算法则的必然后果。

丢番图认为,代数方法比几何的演绎陈述更适宜于解决问题。他在解题过程中显示出高度的技巧和独创性, 在希腊数学中堪称独树一帜。

如果丢番图的著作不是用希腊文写的,人们就不会想到这是希腊人的成果, 因为看不出有古典希腊数学的风格, 从思想方法到整个科目结构都是全新的。如果没有丢番图的工作, 也许人们以为希腊人完全不懂代数, 有人甚至猜想他是希腊化了的巴比伦人。

丢番图在《算术》中, 除了代数原理的叙述外, 还列举了属于各次不定方程式的许多问题,并指出了求这些方程解的方法。为了表示求未知数及其幂、倒数、 等式和减法, 他使用了字母的减写, 用并列书写表示两个量的加法, 量的系数则在量的符号之后用阿拉伯数字表示。在两个数的和与差的乘法运算中采用了符号法则。他还引入了负数的概念, 并认识到负数的平方等于正数等问题。

丢番图在数论和代数领域作出了杰出的贡献,开辟了广阔的研究道路。这是人类思想上一次不寻常的飞跃, 不过这种飞跃在早期希腊数学中已出现萌芽。

丢番图的著作成为后来许多数学家,如费马、欧勒、高斯等进行数论研究的出发点。数论中两大部分均是以丢番图命名的, 即丢番图方程理论和丢番图近似理论。

丢番图的《算术》虽然还有许多不足之处,但瑕不掩瑜,它仍不失为一部承前启后的划时代著作。

再说古罗马时期的另一位科学家帕波斯,他最有价值的著作是《数学汇编》。

公元4世纪,希腊数学已是强弩之末,“黄金时代”的几何巨匠已离去五六百年了,到公元146年,罗马人占领亚历山大后,科学便凋谢了。

公元后,除了托勒密等科学家有所建树外,理论几何的活力已经用完。在此情况下,总结数百年来前人披荆斩棘所取得的成果,以免年久失传,已经十分重要和必要。

帕波斯正是在这种情况下,着手搜集整理前人的成果,把它们编成了重要的著作:《数学汇编》。

《数学汇编》在历史上占有特殊地位,这不仅仅是它本身有许多发明创造,更重要的是记述了大量前人的工作,保存了一大批现在在别处无法看到的著作。它和普罗克洛斯的《概要》是研究希腊数学科学史的两大原始资料,功不可没。

帕波斯还写过关于地理、音乐、流体静力学等方面的书,注释过托勒密、欧几里得的著作,博学而多才。

科学家希帕蒂娅,很多人认为她是古希腊时代的终结者,我在这里介绍她,完全是因为希帕蒂娅是有史记载的第一位女科学家、哲学家,在一个普遍以男性为主导的古代封建社会里尤为罕见。这使我的女儿十分振奋,因为在这之前,和这之后太多的年代里,很少有女性数学家彪炳史册。

希帕蒂娅早年跟随父亲学习,她在数学上的成就主要是帮助父亲评注托勒密的数学名著《大汇编》,还协助其父编辑了欧几里得的《几何原本》。

据古代一本辞典记载,希帕蒂娅还评注丢番图的《算术》和阿波罗尼的《圆锥曲线》等名著,可惜这些评注本都已失传。

不可思议的是,希帕蒂娅也在亚历山大从事科学和哲学活动,讲授数学和新柏拉图主义。她的哲学兴趣比较倾向于研究学术与科学问题,而较少追求神秘性和排他性。

更令人叹服的是,大约在公元400年左右,希帕蒂娅成为亚历山大的新柏拉图主义学派的领袖。由于她的学术声望,甚至有的基督徒也拜她为师。但是,早期的基督徒在很大程度上把科学视为异端邪说,把传播希腊传统文化视为异教徒加以迫害。公元415年,希帕蒂娅被信奉基督教的一群暴民私刑处死。

她的悲壮身世,成为一些文艺作品的主题,著名作家金斯利把她写进小说《希帕蒂娅》中。小说中的希帕蒂娅,聪明、美丽、展雄辩之才又虚怀若谷,是力量与柔媚的完美结合。

女数学家,新柏拉图学派的领袖希帕提娅遭到基督徒的野蛮杀害。她的死标志着希腊文明的结束,亚历山大里亚大学有创造力的日子也随之一去不复返了。100多年后,东罗马帝国皇帝查士丁尼下令关闭雅典的学校,严禁研究和传播数学。不久,公元641年,阿拉伯人攻占亚历山大里亚城,图书馆再度被焚——第一次是在公元前46年——希腊数学悠久灿烂的历史,至此终结。

希腊数学的成就是辉煌的,它为人类创造了巨大的精神财富,不论从数量还是从质量来衡量,都是世界上首屈一指的。比希腊数学家取得具体成果更重要的是:希腊数学产生了数学精神和不朽的数学思想——即数学证明的演绎推理方法。

数学的抽象化以及自然界依数学方式设计的信念,为数学乃至科学的发展起了至关重要的作用。而由这一精神所产生的理性、确定性、永恒的不可抗拒的规律性等一系列思想,则在人类文化发展史上占据了重要的地位。

除了三大数学家以外,埃拉托斯色尼的大地测量和以他为名的“素数筛子”也很出名。天文学家希帕库斯制作“弦表”,是三角学的先导。

“素数筛子” 现在是小学六年级的课程, 在那里被称作 “质数” , 我在女儿上五年级下学期的时候开始和她玩“素数筛子”的游戏,很快,她就记住了100以内的素数,而且知道如何筛选这些素数。

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