幸好,我的孩子不是天才
我不知道如何去培养一个天才,幸好,我的女儿不是天才。
有时候我们不得不承认确实存在天才,尽管天才不一定成才。帕斯卡是一个数学天才, 而且富有传奇色彩。 在和女儿提到帕斯卡的时候, 我尽量回避那些天才的故事, 因为, 我知道我的女儿并不是什么天才, 我不想让那些天才的故事摧毁她非常稚嫩的进取心。
帕斯卡于1623年出生在法国的奥弗涅省,很早就显出他在数学上的才能。有几个说他在年轻时就取得成就的故事,是他姐姐吉尔贝塔讲的,她后来成了珀里埃夫人。其中一个故事说,由于帕斯卡体质弱,被留在家里,为的是不致累着。他父亲决定其儿童时期的教育仅限于学习语文,不准学数学。禁止他学数学,反而引起了他对数学的好奇心,并请求他的家庭教师给他讲几何学的道理。教师告诉他,这是对准确的圆形和图形的各个部分性质的研究。
他从教师对这门学科的描述和父亲反对这门学科的禁令得到鼓励,牺牲自己的游戏时间,几乎秘密地从事这门学科的研究,没靠任何帮助,发现了几何图形的许多性质,尤其是:三角形内角和等于平角这个定理。他用的是折纸三角形的办法:也许是把三角形的顶点折到其内切圆的圆心上,或者,把顶点折到垂足处。他父亲发现后,震惊于他的几何才能,送给他一部欧几里得的《几何原本》,帕斯卡如获至宝,很快就掌握了它。
帕斯卡十四岁就参加了一群法国数学家的每周聚会,1666年成立的法国科学院就是从它发展起来的。十六岁,他写了一篇关于圆锥曲线的论文,竟使笛卡儿断定是他父亲代笔。十八、九岁,他发明了第一架计算机,这是为了帮助他父亲查账而设计的。帕斯卡制造了超过五十种计算机,有些至今仍保存于巴黎的艺术和技术博物馆中。二十一岁时,他对托里拆利关于空气压力的著作发生了兴趣,并开始应用其非凡的才能于物理学。帕斯卡的流体动力学原理为今天每一个学过中学物理的人所熟知。
这惊人的、早熟的活动能力,于1650年突然停止。由于身体虚弱,帕斯卡决定放弃其在数学和科学上的研究,而致力于宗教上的冥想。
短暂的三年之后,他又回到了数学上。这时,他写了《三角阵算术》, 做了几个关于液体压力的试验, 并且和费马通信, 帮助建立概率的数学理论基础。但是在1654年,他又说什么:受到一个很强的提示,这些重新开展的科学活动是不受上帝欢迎的。这次神的启示,是在他的失去控制的马冲过纳伊桥的栏杆,而他自己仅仅是由于缰绳突然奇迹般地断了而得救的时候出现的。他把这件偶然的事写在小纸片上,一直放在胸前,让自己从今以后牢牢记住这一启示。他又顺从地回到宗教冥想中去了。
只是在1658年,帕斯卡才再一次回到数学上。他牙痛时想到几个几何概念,突然牙不痛了,这又被认为是神的意愿的象征。他花了八天时间推演他的这些概念,并对旋轮线的几何作了充分的说明,解决了一些后来难倒其他数学家的竞赛题。
除了数学上的成就,帕斯卡著名的《外地短扎》和《思想录》,今天依然被当作法国文学的典范,这些书是他在快结束其短暂生命的时候写的。他1662年死于巴黎,当时才三十九岁。
在这里补充一点:他的父亲也是一位有才能的数学家,帕斯卡螺线就是以他父亲的名字命名的。
帕斯卡曾被描述为数学史上最伟大的“轶才”。以他那样非凡的天才和那样深刻的几何直觉,要是条件好些,本来应该做出更多的贡献,但是,他的绝大部分生命是在疾病的折磨下度过的,并且从早年就在精神上受到一种宗教的神经过敏的折磨。
帕斯卡关于圆锥曲线的手稿,是以德沙格的工作为基础的,现在失传了,但是笛卡儿和莱布尼茨看到过。那里有射影几何中的帕斯卡著名而神秘的六线形定理。那个定理说,如果一个六边形内接于一圆锥曲线,则其三对对边的交点共线,并且,逆命题成立。
他也许是用德沙格的方法证明这个定理的,首先证明它对圆正确,然后再用射影法转投到圆锥曲线。虽然此定理是整个几何中最丰富的一个,我们还是不能轻易地相信那个传说:帕斯卡本人从它导出了超过400条推论。这部手稿从未发表,也许根本没有完成,但是,在1640年,帕斯卡出版了标题为《略论圆锥曲线》的一张大幅印刷品,宣布了他的一些发现。这张著名的活页只有两份抄件保存到现在:一份在汉诺威莱布尼茨的论文中间;另一份在巴黎的国立图书馆中。帕斯卡的“神秘的六线形”定理被包含于此活页的第三个引理中。
帕斯卡的《三角阵算术》写于1653年,直到1665年才出版。帕斯卡不是三角阵算术的创始人,因为这样一个数学方阵早好几百年就有中国作者用过。之所以称之为帕斯卡三角阵,是由于他推出了此三角阵的许多性质,并找到了这些性质的多种应用。在帕斯卡的关于此三角阵的论文中有数学归纳法的最早的、可被接受的陈述。
虽然古代的希腊哲学家讨论过必然性和偶然性,然而,直到15世纪下半叶才有概率的数学处理,到世纪上半叶,才有一些意大利数学家试图估计像骰子之类的博弈的机会。但是,一般公认所谓得分问题可以看作是概率论的起源。
关于得分问题可以这样表述:已知在一场机会博弈中两个博弈者在中断时的得分以及赢得博弈需要的分数,假定这两个博弈者有同等的熟练程度,求赌金该如何划分。帕奇欧里在他1494年发表的数学著作《摘要》中第一次介绍得分问题。卡尔达诺和塔尔塔里亚也讨论过这个问题,但是,在默勒向帕斯卡提出这个问题之前,一直没有真正的进展。
默勒是一位既有能力又有经验的博弈者,他对此问题的理论性论述与他的观察不一致。帕斯卡对这问题有兴趣,并且把自己的意见告诉费马。在这个问题上,两个人不谋而合。他们分别提出不同的解法,而又都是正确的。就这样,帕斯卡和费马通过他们的通信为概率论奠了基。
帕斯卡的最后一部数学著作是关于旋轮线的——这条曲线是一个圆的圆周上一点,当该圆沿着直线滚动时形成的轨迹。这条蕴涵有丰富的数学性质和物理性质的曲线,在微积分的早期发展中起到重要作用。
伽利略是最先注意到这种曲线的人之一,并且曾经建议用之于桥拱的设计。过后不久,求得在此曲线的一个拱下的面积,并且发现对此曲线作切线的方法。这些发现引导数学家们考虑:旋轮线绕各种不同的线转动得到的回转曲线和回转体。这样的问题,以及其他涉及所形成的图形的形式的问题,由帕斯卡解决了。他还把一些这类问题作为与其他数学家竞赛的问题发表。
西方有数学竞赛的传统,这种竞赛在不同的层面出现,对于数学的发展有着不可估量的作用。反思我们的数学竞赛,一方面局限于奥数,这样,因为已经被高度程序化而生命力日渐衰竭;另一方面,苦于学生的课业负担,老师不敢在更大的学生范围内展开,实在令人担忧。
对于旋轮线问题,帕斯卡的解法用的是微积分之前的不可分元法,它类似于今天微积分课上遇到的许多算定积分的方法。旋轮线有那么多引人注目的性质,并且引起许多争论,以致曾被称作“几何学中的美人”和“争吵的祸根”。
还有一件有趣的事,独轮手车的发明曾归功于帕斯卡。三十五岁时,他还设计了一种马车,并很快就付诸实践,那是由五匹马拉的。