《数学史》几何学的变革(上)解析
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几何发展史简要概括几何学的发展史是一个漫长而丰富多彩的过程,它伴随着人类文明的发展,不断推动着人类对自然界和宇宙的认识。
以下是几何学发展史的简要概括:1. 早期几何学:早在公元前7世纪,古希腊的数学家们就开始研究几何学。
其中,欧几里德被认为是几何学的奠基人,他的《几何原本》一书成为了数学史上的经典之作。
在这个时期,几何学主要关注平面上图形的性质和度量,如长度、角度、面积等。
2. 解析几何学:到了17世纪,笛卡尔引入了坐标系的概念,将几何图形与代数方程结合起来,从而开创了解析几何学的新纪元。
解析几何学的出现,使得几何学的研究范围从平面扩展到了空间,同时也使得代数和几何在理论上得到了统一。
3. 微分几何学:在19世纪,高斯提出了微分几何学,将几何学的研究重点放在了曲面上。
微分几何学的研究对象包括曲线、曲面以及它们之间的变化和性质。
在这个时期,几何学的研究方法也得到了极大的发展,如微积分、线性代数等数学工具的引入,使得几何学的研究更加深入和广泛。
4. 拓扑学:拓扑学是几何学的一个重要分支,它研究的是图形在连续变形下保持不变的性质。
拓扑学的研究范围非常广泛,包括图形的连通性、紧致性、同胚性等方面。
在20世纪初,随着数学的发展和各学科之间的交叉融合,拓扑学逐渐成为了一个独立的数学分支。
5. 现代几何学:进入20世纪以后,几何学的发展更加多元化和深入。
在这个时期,出现了许多新的几何学分支,如纤维丛几何、黎曼几何、辛几何等。
这些分支的出现,使得几何学的研究范围更加广泛,同时也推动了数学和其他学科的发展。
总的来说,几何学的发展史是一个不断开拓、不断创新的过程。
在这个过程中,许多杰出的数学家们为几何学的发展做出了卓越的贡献。
他们的思想和成果不仅推动了数学的发展,也对其他学科产生了深远的影响。
今天,几何学已经成为一个庞大而复杂的学科体系,它将继续引领着人类对自然界和宇宙的认识和理解。
解析几何的基本思想解析几何的产生人们认为,解析几何的产生是数学史上划时代的重大事件。
而解析几何的产生,通常以笛卡儿《几何学》一文(发表于1637年的《方法论》的附录)为标志。
解析几何的产生当然有时代背景,例如开普勒用椭圆描述行星绕日运动的轨道,推动人们去研究圆锥曲线;伽里略利用望远镜来进行天文观测,望远镜中透镜的研制涉及到对曲面母线的研究;力学中对抛射体轨迹的研究也涉及曲线旷这些科学的发展都提出研究各种曲我的要求,最起码的是画出这些曲线。
笛卡儿使用了代数方法去研究曲线的问题,解析几何就这样开始了。
实际上,笛卡儿在《方法论》的另两个附录《论折光》和《流星论》中分别探讨了透镜曲线和气象的—些问题。
(1)解析几何的基本思想解析几何得以建立的基本思想有两个:实数和平面上的一条直线上的点作成一一对应;有序实数对与平面上的点作成一一对应。
很早以前人们就有了初步的坐标观念,例如古埃及人和罗马人用于测量的、希腊人用于绘制地图的坐标思想;奥雷姆(法国人,约1320一1382)在14世纪曾试图用图线来表示变量之间的关系。
但是在明确提出上述两个原则之前,无法用代数方法来研究几何学。
笛卡儿解决了贯彻这两个原则的方法问题,那就是建立坐标系。
(2)解析几何的意义解析几何的产生在数学史上具有划时代的意义。
●在数学中引入了变量概念建立坐标系,把几何曲线和代数方程对应起来实际上就已用到了变量概念:方程无非是两个变量的关系,几何曲线上的点的坐标就是变量在变化过程中所取的值。
●提供了一种解决一般问题的方法古希腊几何中的许多问题都是个别地解决的,而引入解析几何后就可以用解析方法(代数方法)作一般性的处理。
例如几何作图问题就是在有限次使用没有刻度的直尺和圆规的条件下作出所要求的图形的问题,即所谓“尺规作图”。
如果能够按条件作出所求图形,则称这个问题为作图可能问题,这时图形叫做可作的;如果作不出所求图形,那么可分为两种情况:一是所求的图形实际不存在,这时,就可说这个问题是不成立的;一是所求的图形是存在的,但只用尺规无法作出,这时,就可说这个问题是作图不可能的。
“几何”一词,拉丁文是geometric,其源于希腊文ycouerpua(土地测量术)。
我国明末科学家徐光启(1562-1637)与意大利传教士利玛窦(R.Matteo,1553- 1610)1607年合译《几何原本》时首次采用。
几何学是一门古老而崭新的数学分支,其产生可追溯到距今8000年前的新石器时代。
最早始于人类生存及生产的需要,在长期生活、生产实践中,人们逐渐对图形有了一定的认识,形成了一些粗略的几何概念,归纳出一些有关图形的知识和经验,产生了初步的几何。
再经历代数学家的提炼和加工,逐渐形成了一门研究现实世界空间形式,即物体形状、大小和位置关系的数学分支,进而发展成为研究一般空间结构的数学分支。
几何学的发展大致经历了4个基本阶段。
1.实验几何的形成与发展几何学最早的产生可以用“积累几何事实,并企图建立起各个事实间的某种联系”来概括和描述。
源于人们观察天体位置、丈量土地、测量容积、制造生产工具等实践活动。
据考古资料记载,出土的十万年前的一些器皿上已出现的简略几何图案。
相传公元前2000年前大禹治水时,就已经能够使用规和矩等绘图工具进行测量和设计工作。
另外,从现存的古埃及、古巴比伦等国的史料可看出,在天文、测量中也大量地反映了几何图形与计算的知识。
然而,这一历史时期,尽管人们在观察实验的基础上积累了丰富的几何经验。
但在现存的史料中,未见这一时期总结出几何知识真实性的推理证明;某些计算公式仅是粗略和近似的;直至公元前7世纪以前,可以说是单纯地由经验积累,通过归纳而产生几何知识的阶段,被称为实验(归纳)几何阶段。
2.理论几何的形成与发展到了公元前7世纪,随着古埃及、古希腊之间贸易与文化的交流,埃及的几何知识逐渐传入希腊并得到巨大的发展。
这一时期,人们对几何知识开始了逻辑推理与论证,古希腊的泰勒斯(Thales,约公元前625一前547)首先证明了“对顶角相等”、“等腰三角形两底角相等”、“半圆上的圆周角是直角”等,因而被人们称为第一位几何学家;毕达哥拉斯(Pythagoras,公元前580一前501)学派首先证明了“三角形内角和等于二直角”、“勾股定理”、“只有五种正多面体”等。
阅读与思考解析几何的发展史教学目标:了解解析几何的发展情况;增加学生的数学底蕴教学重点:射影几何的发展教学难点:几何学的统一教学过程:几何学是一门古老而实用的科学,是自然科学的重要组成部分。
在史学中,几何学的确立和统一经历了二千多年,数百位数学家做出了不懈的努力。
一、欧氏几何的创始公认的几何学的确立源自公元300 多年前,希腊数学家欧几里得著作《原本》。
欧几里得在《原本》中创造性地用公理法对当时所了解的数学知识作了总结。
全书共有13 卷,包括5 条公理,5 条公设,119 个定义和465 条命题。
这些公设和公理及基本定义成为《原本》的推理的基础。
欧几里得的《原本》是数学史上的一座里程碑,在数学中确立了推理的范式。
他的思想被称作“公理化思想”。
二、解析几何的诞生解析几何是变量数学最重要的体现。
解析几何的基本思想是在平面上引入“坐标”的概念,并借助这种坐标在平面上的点和有序实数对(x,y)建立一一对应的关系,于是几何问题就转化为代数问题。
解析几何的真正创立者应该是法国数学家迪卡儿和费马。
1637 年迪卡儿在《更好的指导推理和寻求科学真理的方法论》的附录《几何学》[1]中清晰的体现了解析几何的思想。
而费马则是在论平面和立体的轨迹引论中阐述了解析几何的原理,他在书中提出并使用了坐标的概念,同时建立了斜坐标系和直角坐标系。
三、非欧几何的诞生与发展非欧几何的诞生源于人们长久以来对欧几里得《原本》中第五公设即平行公设的探讨,但一直未得到公设的结论。
直到数学家高斯、波约和俄国数学家罗巴切夫斯基在自己的论著中都描述了这样一种几何,以“从直线外一点可以引不止一条直线平行于已知直线”作为替代公式,进行推理而得出的新的一套几何学定理,并将它命名为非欧几何,一般称为“罗氏几何”。
1854 年德国数学家黎曼发展了罗巴切夫斯基的几何思想,从而建立了一种更为一般化的几何,称为“黎曼几何”。
他认为欧氏几何和罗氏几何都是黎曼几何的一种特例。
平面解析几何数学史一、引言平面解析几何是数学中的一个重要分支,它研究的是平面上的几何图形和代数方程之间的关系。
本文将从历史的角度出发,探讨平面解析几何的发展历程及其在数学领域中的重要作用。
二、古希腊时期平面解析几何的起源可以追溯到古希腊时期。
古希腊数学家Euclid (欧几里德)在他的著作《几何原本》中提出了一系列几何定理和证明,奠定了几何学的基础。
然而,在古希腊时期,人们对于代数方程的研究还相对较少。
三、笛卡尔的贡献直到17世纪,法国数学家笛卡尔(René Descartes)提出了坐标系的概念,将几何问题转化为代数问题,从而开创了平面解析几何的新纪元。
笛卡尔的思想是将平面上的点与实数对应起来,通过坐标系表示点的位置。
这一创新使得几何问题可以用代数方程来解决,极大地推动了数学的发展。
四、牛顿和莱布尼茨在笛卡尔之后,英国科学家牛顿和德国数学家莱布尼茨分别独立发现了微积分学,并将其应用于平面解析几何中。
微积分学的出现使得解析几何的研究更加深入和广泛。
牛顿和莱布尼茨的贡献使得平面解析几何和微积分学之间建立了紧密的联系,为后来的数学发展奠定了基础。
五、19世纪的发展19世纪是平面解析几何发展的重要时期。
法国数学家拉格朗日和德国数学家高斯等人在这一时期提出了许多重要的概念和定理。
拉格朗日提出了拉格朗日方程,用于求解平面上的曲线问题;高斯则提出了高斯曲线,通过曲率的概念研究了曲线的性质。
这些成果为后来的研究提供了重要的理论基础。
六、20世纪以后的发展20世纪以后,随着计算机技术的发展,平面解析几何得到了进一步的发展和应用。
计算机图形学的出现使得平面解析几何与计算机技术相结合,广泛应用于计算机图形的处理和生成。
通过计算机模拟和可视化,人们可以更加直观地理解和研究平面解析几何中的问题。
七、结论平面解析几何作为数学的一个重要分支,在数学的发展中起到了重要的推动作用。
从古希腊时期到现代,平面解析几何经历了漫长的发展历程,吸收了许多数学家的智慧和贡献。
数学史:几何图形的发展历程
几何学是数学的一个分支,研究空间和图形的形状、大小、相
对位置和性质。
在数学史上,几何学起源于古代文明,并发展成为
一门独立的学科。
古代埃及是几何学的诞生地之一。
在埃及,人们利用几何学来
测量土地的面积和建筑物的尺寸。
埃及人还发现了一些几何原理,
例如平行线的性质和三角形的性质。
这些原理为几何学的发展奠定
了基础。
另一个几何学的发源地是古希腊。
希腊的几何学家毕达哥拉斯
提出了著名的毕达哥拉斯定理,它描述了直角三角形边长之间的关系。
欧几里得则创立了《几何原本》,系统总结了希腊几何学的发
展成果,成为后世研究几何学的基本教材。
在几何学的发展中,还涌现出一些重要的数学家。
亚历山大的
阿基米德研究了圆锥曲线,给出了计算圆锥曲线面积的方法。
法国
数学家笛卡尔则将代数学与几何学结合起来,提出了笛卡尔坐标系。
随着科学技术的进步,几何学也得到了广泛的应用。
现代几何
学的发展成果广泛应用于物理学、工程学和计算机图形学等领域。
在计算机图形学中,几何学被用于构建三维模型、进行图像处理和
计算机辅助设计等方面。
总结起来,几何学的发展历程丰富而多样。
从古埃及到古希腊,再到现代科技时代,几何学一直在不断发展和应用。
它不仅帮助人
们认识和描述空间和图形的性质,还在科学技术的进步中发挥着重
要的作用。
1.数学的起源于世界古老文明产生的关系11数本(1)班郭奇 2011041047 “数学”这个词在我们的生活中可谓是无处不在,他作为人类思维的表达形式,反映了人们的积极进取的意志、缜密周详的推理及对完美境界的追求。
“数学”与我们身边的其他学科也有着密切联系。
例如在天文学方面、医学方面、经济学方面等等。
大到天文地理,小到生活琐事,数学的魅力可谓是发挥的淋漓尽致。
然而关于数学的起源,却有着一个古老而神奇的传说。
相传在非常非常遥远的古代,有一天在黄河的波涛中突然跳出一匹“龙马”来,马背上驮着一幅图,图上画着许多神秘的数学符号,后来,从波澜不惊的河水中又爬出一只“神龟”来,龟背上也驮着一卷书,书中则阐述了数的排列方法。
马背上的图叫“河图”,乌龟背上的书叫做“洛书”,当“河图洛书”出现后,数学也就诞生了。
当然,这个也只不过是个传说罢了。
数学作为最古老的一门学科,他的起源可以上溯到一万多年以前。
但是,公元1000年以前的资料留存下来的极少,迄今所知,只有在古代埃及和巴比伦发现了比较系统的数学文献。
远在一万五千年以前,人类就可以相当逼真的描绘出人和动物的形象,这是萌发图形意识的最早证据。
后来就开始逐渐对圆形和直线型的追求,从而成为数学图形的最早的原型。
在日常的生活实践中又逐渐产生了记数的意识和系统。
人类摸索过许多种记数的方法,例如用石块记数,结绳记数等,最后逐步发展到现在我们所用的数字。
图形意识和记数意识发展到一定阶段,又产生了度量的意识。
从人类社会的发展史来看,人们对数学本质特征的认识也在不断变化和深化着。
欧几里得说过“数学的根源在于普通的常识,最显著的例子是非负整数。
”他的算术来自于普通常识中的非负整数。
而且直到十九世纪中叶,对于数的科学探索还停留在普通的常识。
因此,十九世纪以前,人们普遍认为数学是一门自然学科,经验学科,因为那时的数学与现实之间的联系非常密切。
随着数学研究的不断深入,从十九世纪中叶以后,数学是一门演绎科学的观点逐渐占据主导地位。
1.解析几何产生的背景是什么?在那个时期哪些问题导致了人们对运用代数方法处理几何问题的兴趣?解析几何的实际背景更多的是来自对变量数学的需求.文艺复兴后的欧洲进入了一个生产迅速发展,思想普遍活跃的时代.机械的广泛使用,促使人们对机械性能进行研究,这需要运动学知识和相应的数学理论;建筑的兴盛、河道和堤坝的修建又提出了有关固体力学和流体力学的问题,这些问题的合理解决需要正确的数学计算;航海事业的发展向天文学,实际上也是向数学提出了如何精确测定经纬度、计算各种不同形状船体的面积、体积以及确定重心的方法,望远镜与显微镜的发明,提出了研究凹凸透镜的曲面形状问题.在数学上就需要研究求曲线的切线问题.所有这些都难以仅用初等几何或仅用初等代数在常量数学的范围内解决,于是,人们就试图创设变量数学.作为代数与几何相结合的产物――解析几何,也就在这种背景下问世了.2、笛卡尔研究解析几何的出发点是什么?他又是怎么得到解析几何思想的?答:笛卡儿对数学方法的深入研究,是他断定数学可以有效地应用到其他科学上去。
他分析了古代已有的几何学和当时已经定型的代数学的优缺点,批评希腊几何过于抽象,并且过多地依靠图形,而代数则使人受到某些规则和公式的约束.他提出“寻求另外一种包含这两门科学的好处而没有他们的缺点的方法。
”当他看到代数具有作为一门普遍的科学方法的潜力,便着手把代数用到几何上去。
在《几何学》一书中,他仿造韦达的方法,用代数来解决几何作图的问题,比希腊人有了明显进展。
(在变量的理解和应用上。
希腊人无法处理三个以上变量的乘积.而笛卡儿是从纯数学方面考虑,所以可以处理三个以上的变量的乘积。
)笛卡儿之所以能创立解析几何,主要是他勇于探索,勤于思考.运用科学方法的必然结果。
3。
阐述费马的主要数学成就。
(1)对解析几何的贡献费马独立于勒奈·笛卡儿发现了解析几何的基本原理。
1629年以前,费马便着手重写公元前三世纪古希腊几何学家阿波罗尼奥斯失传的《平面轨迹》一书。