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近代数学的兴起

四川师范大学 数学史
Viete (1540-1603)
三角学
航海、历法推算以及天文观测的需要,推动了三角学的发 展,早期三角学总是与天文学密不可分,这样在1450年以 前,三角学主要是球面三角, 在欧洲,第一部脱离天文学的三角学专著是雷格蒙塔努斯 (Regiomontanus, 1436~1476)的《论各种三角形》。 随后,维勒(Werner,1468~1528)著《论球面三角》(1514), 改进并发表了将雷格蒙塔努斯的思想。 三角学的进一步发展,是法国数学家韦达所做的平面三角 与球面三角系统化工作。
(1)一个物体的同一投影的两个截影有什么 共同的性质? (2)从两个光源分别对两个物体投影到同一 个物影上,那么两个物体间具有什么关系?
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从透视学到射影几何
第一个认真从事透视几何研究的意大利画家是布努雷契 (F.Brunelleschi, 1377~1446)。 阿尔贝蒂(L.B.Alberti, 1404~1472)于1435年写成了第一本透 视学著作,名为《论绘画》 。 第一个在真正意义上对于透视法所产生的问题从数学上直 接给予解答的是笛沙格(G.Desargues, 1591~1661)。1639 年发表著作《试论锥面截一平面所得结果的初稿》,充满 了创造性的思想。 法国另一位数学家帕斯卡(BlaisePascal, 1623~1662)十六 岁时就开始也研究投射与取景法,1640年完成著作《略论 圆锥曲线》。
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欧洲数学的翻译时代
直到12世纪,欧洲数学才出现复苏的迹象。这种复苏 开始由于受翻译、传播阿拉伯著作和希腊著作的刺激。
贸易和旅游 十字军东征
可以说12世纪是欧洲数学的翻译时代。90多部阿拉伯文著 翻译成拉丁文,其中包括托勒密的《大成》、欧几里得的 《原本》、阿波罗尼奥斯的《圆锥曲线论》、花拉子米的 《代数学》、《天文学》以及阿基米德的《圆的度量》。
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一、中世纪的欧洲
时代背景
中世纪前期约从400年起到1100年左右为止。数学是这个时 期受到最大排斥的学科之一。
如罗马皇帝狄奥多西的法典就规定:“任何人不得向占卜人与数学 家请教。” 6世纪时查士丁尼的法典则更直截了当地称:“彻底禁止应受到谴 责的数学技艺。” 奥古斯丁(354-430年)说:“从圣经以外获得的任何知识,如果 它是有害的,理应加以排斥;如果它是有益的,那它是会包含在圣 经里的。”
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三次、四次方程求解
费罗(1465-1526) x3+px=q(1515)
菲俄
塔尔塔利亚 (1499-1557) x3+px2=q(1535)
卡尔达诺(1501-1576) 费拉里(1522-1565)
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塔尔塔利亚 费拉里
符号代数的引入
代数上的进步还在于引用了较好的符号体系,这对 于代数学本身的发展以及分析学的发展来说,至为 重要。正是由于符号化体系的建立,才使代数有可 能成为一门科学。
近现代数学最为明显的标志之一,就是普遍使用了 数学符号,它体现了数学学科的高度抽象与简练。
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数学符号系统化首先归功于法国数 学家韦达,由于他的符号体系的引 入导致代数性质上产生最重大变革。
对韦达所使用的代数法的改进工作 是由笛卡尔完成的,他首先用拉丁 字母的前几个(a, b, c, d, …)表示 已知量,后几个(x, y, z, w, …)表 示未知量,成为今天的习惯。韦达 的符号代数保留着齐性原则,要求 方程中各项都是“齐性”的,即体 积与体积相加,面积与面积相加。 这一障碍随着笛卡尔解析几何的诞 生也得到消除。
在16世纪,三角学已从天文学中分离出来,成为一个独立 的数学分支。
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几何学的复兴
文艺复兴时期几何创造其动力来自于艺术。 正是由于绘画、制图的刺激而导致了富有 文艺复兴特色的学科——透视学的兴起, 从而诞生了投影几何学。
中世纪宗教绘画具有象征性和超现实性, 而文艺复兴时期,描绘现实世界成为绘画 的重要目标,这就使画家们在将三维现实 世界绘制到二维的画布上时,面临许多问于宗 教教义,当时欧洲的中心学科只剩下与理性格格不入的神 学,欧洲文明不可避免地裹足不前甚至萎缩倒退。许多史 学家称之为欧洲的黑暗时代。
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数学的停滞
博伊西斯(约480-524)根据希腊材料选编成《几何》、 《算术》被作为欧洲教会学校的标准课本沿用了近千 年。 中世纪欧洲的大学,仅仅开设算术、几何和主要是包 括简单计算和迷信十分浓厚的术算(理论算术)。几 何差不多仅限于欧几里得的前三卷,连硕士学位考试 所需要的知识也不过如此。在某些大学,所能达到的 最高水平也就是非常初等的等腰三角形底角相等定理。 总体来说,1000多年前,一位学识渊博的欧洲数学家 所拥有的知识,比今天任何一名中学毕业生要少得多。
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二、向近代数学的过渡
代数学的进步
欧洲人在数学上的推进是从代数学开始的, 它是文艺复兴时期成果最突出、影响最深远的 领域,拉开了近代数学的序幕。
代数学上有两个伟大的进步:一是得到了一 般三次方程和四次方程的解;二是发明了现代 符号体系,即用字母表示数的体系。
第一个进步是由意大利北部的数学家在大约1520 年到1540年间完成的; 第二个进步主要是两名法国人的研究成果:韦达 和笛卡尔。
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古代学术传播西欧的路线图
波斯
希腊 印度
巴格达
中国唐汉
中国宋元
北非
西西里 西班牙
西欧
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斐波那契
斐波那契是中世纪最具影响力的数学 家。他早年就随其父亲在北非从师阿 拉伯人学习算学,后又游历地中海沿 岸诸国,回意大利写成《算盘书》。
《算盘书》主要是古代中国、印度和 希腊数学著作的内容,包括印度-阿拉 伯数码,分数算法,开方法,二次和 三次方程,不定方程,以及《几何原 本》和希腊三角学的大部分内容。特 别是,书中系统介绍了印度数码,影 响了欧洲数学面貌。
Fibonacci(1170~1250)
《算盘书》可以看作是欧洲数学经历了漫长的黑夜之后 走向复苏的号角。
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黎明前的黑暗
欧洲数学复苏的过程十分曲折,从12世纪到15世 纪中叶,教会中的经院哲学派利用重新传入的希 腊著作中的消极成分来阻抗科学的进步。特别是 他们把亚里士多德、托勒密的一些学术奉为绝对 正确的教条,妄图用这种新的权威主义来继续束 缚人们的思想。 欧洲数学真正的复苏,要到15、16世纪。在文艺 复兴的高潮中,数学的发展与科学的革新紧密结 合在一起,数学在认识自然和探索真理方面的意 义被文艺复兴的代表人物高度强调。
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