如果你的孩子是个天才

如果你的孩子是个天才,你应该告诉他韦达也是一个天才。

初中二年级的学生就要学韦达定理了,韦达定理说的是方程的根和系数之间的关系。这个定理很有意思,几乎所有的中学数学竞赛,无论是国内的还是国外的,都有这方面的题。韦达定理是韦达的数学成果。

16世纪最伟大的数学家是韦达,人们常以他的半拉丁名字称呼他。他是个律师和议员,而把绝大部分闲暇贡献给了数学。他1540年出生于丰特内,1603年死于巴黎。说韦达是个天才,我绝对相信。就是有这样的一些人对于数量、图形、位置以及他们之间的逻辑关系出奇地敏感 。

大家可能会有一个奇怪的发现,我们谈过的许多数学家研究数学往往并不是他们自身的职业,也就是说数学研究往往是他们的“业余活动”,但是,他们所取得的数学成就却比我们今天以数学研究为其唯一工作的数学家还要多得多。韦达就是这样的一位天才“业余数学家”。

关于韦达,有些有趣的轶事是孩子喜欢听的,例如,有这么一个故事:

一个低地国(指比利时、荷兰、卢森堡等国)大使向国王亨利四世夸口说,法国没有一个数学家能解决他的同国人罗芒乌斯1593年提出的需要解45次方程的问题。于是,韦达被召,让他看这个方程。他认出了潜在的三角学上的联系,几分钟内就给出了两个根,后来,又求出了21个根。他把负根漏掉了。反过来,韦达向罗芒乌斯挑战,看谁能解阿波罗尼乌斯提出的问题,但是罗芒乌斯用欧几里得工具得不到解。后来,当他得知韦达的天才解法后,长途跋涉到丰特内拜访韦达,他们俩从此建立了亲密的友谊。

还有这么一个传说:

韦达成功地破译了一份西班牙的数百字的密码,因此法国用两年功夫打败了西班牙。国王菲力普二世对密码不可能被破译是那么肯定,以致他向教皇控告说, 法国在对付他的国家时采用了魔术,“与基督教信仰的惯例相矛盾” 。 据说, 当韦达被数学吸引住时, 他总是一连数日关在家里搞研究。

韦达写了许多关于三角学、代数学和几何学的著作,其中主要有:《三角学的数学基础》,《分析方法入门》,《几何补篇》,《有效的数值解法》和《论方程的整理与修正》。这些著作,除了最后一本外,都是韦达自费出版和发行的。

在《三角学的数学基础》中,包含一些对三角学的值得注意的贡献:系统地讲述用所有六种三角函数解平面和球面三角形,这在西欧也许是第一部书。该书对于解析三角学给予了密切的注意。

韦达的最著名的著作是他的《分析方法入门》,这本书对符号代数学的发展有不少贡献。在这里,韦达引进了用母音表示未知数,用子音代表已知量的习惯做法。我们现在用字母表中后面的字母表示未知数,用前面的字母表示已知数的习惯做法是笛卡儿于1637年引进的。在韦达之前,一般用不同的字母表示一个量的各种幂;韦达则用同一个字母,并适当地加以说明。

有意思的是,韦达在两个量之间用我们现在用的等号,但不是表示这两个量相等,而是表示它们的差。在《数值解法》一书中,韦达给出用逐步近似的方法求解一个方程的根的系统程序,大约直到1680年才被普遍使用。对于高次方程,用这方法相当麻烦,以致一位17世纪的数学家称之为“对基督教徒不适合的工作” 。

一元二次方程的根与系数的关系,常常也称作韦达定理,这是因为该定理是16世纪法国最杰出的数学家韦达发现的。

关于现在学校方程的教学,从1978年的教学大纲开始,就将方程引进小学,打破了传统的小学只学习用算术方法解答应用题的观念,并且尝到列方程解应用题的优点。这是因为算术方法解答应用题,所求的未知数不能够参与运算,必须“执因索果”或者“执果索因”逐步地分析、推理,然后才能列式计算出所求的未知数,数量关系越复杂,分析的难度越高。而列方程解应用题的优越性是将未知数当作已知数参与运算,大大降低了分析的难度,显然比算术解法先进。小学生进入中学以后,绝大部分应用题都用方程的解法,算术方法解答应用题将被自然淘汰。

因此,在儿童早期引进列方程解应用题的概念是时代的必然。当然,列方程解应用题需要具备一些简单的分析、推理能力,掌握一些常见的数量关系,诸如时间、速度、距离;单价、数量、总价;工作效率、工作时间、工作总量等。这些概念其实是我们生活当中非常普遍的现象,只是我们不习惯用这些术语来称呼,结果造成孩子在理解这些概念时候的困难,这就需要在孩子小的时候家长经常对孩子使用这些术语和概念,为列方程解应用题打一些必要的基础。

韦达是一位卓越的代数学家,只要了解到他把代数学和三角学应用于几何学这一点,对此就没有人会产生怀疑。他对古代的三个著名问题也有贡献:证明三等分角问题和倍立方体问题都依赖于解三次方程。他曾在复原阿波洛尼乌斯失传的著作《相切》上,做了不少努力。

再伟大的科学家也有失误,尤其在不属于他们潜心研究的领域更容易发生这种令人痛惜的情景,这在我们今天也是如此。1594年,韦达由于他在关于格雷哥里的历法改革上与克拉维乌斯大肆争吵,名声败坏。韦达在这件事上的态度是十足地非科学的。

十六世纪的其他数学家

为了孩子,如果你还想知道16世纪数学更多一点的情况,下面这些简要的回顾多少可以提供一些帮助。

要评价16世纪的数学,如果不把别的有些代表性的贡献者简单地介绍一下,那就不完全了。他们是:数学家克拉维乌斯,卡塔耳迪和斯蒂文,以及数学天文学家哥白尼、雷提库斯和彼提库斯。

克拉维乌斯1537年出生于德国班贝格,1612年死于罗马。他在数学上的贡献不多,但是,也许在繁荣数学这门学科上,他做的工作超过那个世纪的任何其他德国学者。他是一位有才能的教师,并且写出了高水平的算术和代数课本。1574年,他发表了欧几里得《原本》的一种版本,此书以其广博的例证著称。他还写了关于三角学和天文学的著作,在格雷哥里历法改革中起重要的作用。作为一个耶稣会修士,他为该会增添了声誉。

卡塔尔迪,1548年出生于波洛尼亚,在佛罗伦萨、佩鲁贾、波洛尼亚教数学和天文学,1626年死于他出生的城市。他写了许多数学著作,其中有:一本算术、一本关于完全数的论著;欧几里得《原本》前六卷的一种版本;关于代数的一篇短论文。在连分数的理论上所采取的最初步骤,该归功于他。

16世纪,在低地国家中的最有影响的数学家是斯蒂文。他曾是荷兰军队的军需总监,并且领导许多公共建筑工程。在数学史中,他是十进制分数理论的最早阐述者之一。在他那个时代的学者们中间,他以其关于防御工事和军事工程的著作而著称。他发明了用帆的四轮车,使他在当时的人们中间享有盛名,用这种车载上28个人沿着海岸行驶,轻而易举地胜过了一匹奔驰的马。

天文学长期以来一直在促进数学的发展。事实上,有一个很长的时期“数学家”的称号指的就是天文学家。在鼓励、支持发展数学的天文学家中,最著名的是波兰的哥白尼。他曾在克拉科夫大学学习,还在帕多瓦和波洛尼亚学过法律、医学和天文学。他的宇宙理论完成于1530年,但是直到1543年去世时才发表。哥白尼为了从事他的研究,需要改进三角学,并且他自己写了一篇关于三角学的论文。

雷提库斯是哥白尼的学生,是16世纪的第一流的条顿族数学天文学家。他雇用了一批计算人员,花了十二年工夫编制了两个著名的、至今尚有用的三角函数表。雷提库斯是把三角函数定义为直角三角形的边与边之比的第一人。由于雷提库斯的要求,哥白尼临死之前戏剧性地发表了他的巨著。

雷提库斯的正弦表是在1593年由彼提库斯编辑和修订的。后者是一位偏爱数学的德国牧师,他写的关于三角学的论著是第一部以“三角学”为标题的著作。

总结16世纪的数学成就,我们能说:符号代数学有了一个良好的开端;普遍使用阿拉伯数字使得计算变得标准化了;十进位小数有了发展;三次和四次方程得到解决;方程论一般地取得进展;负数被接受;三角学更加完善和系统化;计算出一些优秀的数表。这一时期为下世纪数学的阔步前进创造了条件,我们说,数学简要进入变量数学的时代。

顺便还应该提到的是美洲出版的第一部关于数学的书,这本书于1556年在墨西哥城出版,是迪兹编的《商用小手册》。在这之前,从文献资料来看,他们一直没有什么值得提起的数学建树。

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