数学悖论和三次数学危机概述32页PPT
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数学史上的三大危机无理数危机、无穷小是零危机和悖论危机无理数的发现-第一次数学危机大约公元前5世纪,不可通约量的发现导致了毕达哥拉斯的悖论。
当时的毕达哥拉斯学派重视自然及社会中不变因素的研究,把几何、算术、天文、音乐称"四艺",在其中追求宇宙的和谐规律性。
他们认为:宇宙间一切事物都可总结为整数或整数之比,毕达哥拉斯学派的一项重大贡献是证明了勾股定理,但由此也发现了一些直角三角形的斜边不能表示成整数或整数之比(不可通约)的情形,如直角边长均为1的直角三角形就是如此。
这个悖论直接触犯了毕氏学派的根本信条,导致了当时理解上的"危机",从而产生了第一次数学危机。
到了公元前370年,这个矛盾被毕氏学派的欧多克斯通过给比例下新定义的方法解决了。
他的处理不可通约量的方法,出现在欧几里得《原本》第5卷中。
欧多克斯和狄德金于1872年给出的无理数的解释与现代解释基本一致。
今天中学几何课本中对相似三角形的处理,仍然反映出由不可通约量而带来的某些困难和微妙之处。
第一次数学危机对古希腊的数学观点有极大的冲击。
这表明,几何学的某些真理与算术无关,几何量不能完全由整数及其比来表示,反之却能够由几何量来表示出来,整数的权威地位开始动摇,而几何学的身份升高了。
危机也表明,直觉和经验不一定靠得住,推理证明才是可靠的,从此希腊人开始重视演译推理,并由此建立了几何公理体系,这不能不说是数学思想上的一次巨大革命!无穷小是零吗?-第二次数学危机18世纪,微分法和积分法在生产和实践上都有了广泛而成功的实验过,绝大部分数学家对这个理论的可靠性是毫不怀疑的。
1734年,英国哲学家、大主教贝克莱发表《分析学家或者向一个不信正教数学家的进言》,茅头指向微积分的基础--无穷小的问题,提出了所谓贝克莱悖论。
他指出:"牛顿在求xn的导数时,采取了先给x以增量0,应用二项式(x+0)n,从中减去xn以求得增量,并除以0以求出xn的增量与x的增量之比,然后又让0消逝,这样得出增量的最终比。
数学悖论与三次数学危机“……古往今来,为数众多的悖论为逻辑思想的发展提供了食粮。
”——N·布尔巴基什么是悖论?笼统地说,是指这样的推理过程:它看上去是合理的,但结果却得出了矛盾。
悖论在很多情况下表现为能得出不符合排中律的矛盾命题:由它的真,可以推出它为假;由它的假,则可以推出它为真。
由于严格性被公认为是数学的一个主要特点,因此如果数学中出现悖论会造成对数学可靠性的怀疑。
如果这一悖论涉及面十分广泛的话,这种冲击波会更为强烈,由此导致的怀疑还会引发人们认识上的普遍危机感。
在这种情况下,悖论往往会直接导致“数学危机”的产生。
按照西方习惯的说法,在数学发展史上迄今为止出现了三次这样的数学危机。
希帕索斯悖论与第一次数学危机希帕索斯悖论的提出与勾股定理的发现密切相关。
因此,我们从勾股定理谈起。
勾股定理是欧氏几何中最著名的定理之一。
天文学家开普勒曾称其为欧氏几何两颗璀璨的明珠之一。
它在数学与人类的实践活动中有着极其广泛的应用,同时也是人类最早认识到的平面几何定理之一。
在我国,最早的一部天文数学著作《周髀算经》中就已有了关于这一定理的初步认识。
不过,在我国对于勾股定理的证明却是较迟的事情。
一直到三国时期的赵爽才用面积割补给出它的第一种证明。
在国外,最早给出这一定理证明的是古希腊的毕达哥拉斯。
因而国外一般称之为“毕达哥拉斯定理”。
并且据说毕达哥拉斯在完成这一定理证明后欣喜若狂,而杀牛百只以示庆贺。
因此这一定理还又获得了一个带神秘色彩的称号:“百牛定理”。
毕达哥拉斯是公元前五世纪古希腊的著名数学家与哲学家。
他曾创立了一个合政治、学术、宗教三位一体的神秘主义派别:毕达哥拉斯学派。
由毕达哥拉斯提出的著名命题“万物皆数”是该学派的哲学基石。
而“一切数均可表成整数或整数之比”则是这一学派的数学信仰。
然而,具有戏剧性的是由毕达哥拉斯建立的毕达哥拉斯定理却成了毕达哥拉斯学派数学信仰的“掘墓人”。
毕达哥拉斯定理提出后,其学派中的一个成员希帕索斯考虑了一个问题:边长为1的正方形其对角线长度是多少呢?他发现这一长度既不能用整数,也不能用分数表示,而只能用一个新数来表示。
数学史三次危机简介
数学史上的三次危机,简要概括如下:
1. 第一次数学危机:公元前5世纪,毕达哥拉斯学派发现无理数,挑战了当时“万物皆数”(指整数或整数之比)的信念。
这次危机通过实数理论的建立得到解决。
2. 第二次数学危机:17至18世纪,围绕无穷小量的问题,主要与微积分的发展有关。
微积分学在理论不完善的情况下被广泛应用,但其基础—无穷小的概念受到质疑。
最终,通过实数理论和极限理论的建立,这次危机得到了缓解。
3. 第三次数学危机:19世纪末,集合论悖论的出现,如著名的罗素悖论,暴露了自洽性问题。
这些悖论挑战了集合论作为数学基础的地位。
至今,尽管哥德尔的不完备定理对形式系统的局限性做了阐述,但第三次数学危机并没有完全解决。
数学史上的三次危机1 无理数的发现——第一次数学危机大约公元前5世纪,不可通约量的发现导致了毕达哥拉斯悖论。
当时的毕达哥拉斯学派重视自然及社会中不变因素的研究,把几何、算数、天文、音乐称为“四艺”,在其中追求宇宙的和谐规律性。
他们认为:宇宙间一切事物都可归结为整数或整数之比,毕达哥拉斯学派的一项重大贡献是证明了勾股定理,但由此也发现了一些直角三角形的斜边不可能表示成整数或整数之比(不可通约)的情形,如直角边长均为1的直角三角形就是如此。
这一悖论直接触犯了毕氏学派的根本信条,导致了当时认识上的“危机”,从而产生了第一次数学危机。
到了公元前370年,这个矛盾被毕氏学派的欧多克斯通过给比例下新定义的方法解决了。
他的处理不可通约量的方法,出现在欧几里得《原本》第5卷中,欧多克斯和狄德金于1872年给出的无理数的解释和现代解释基本一致。
今天中学几何课本中对相似三角形的处理,仍然反映出由不可通约量而带来的某些困难和微妙之处。
第一次数学危机对古希腊的数学家观点有极大冲击。
这表明,几何学的某些真理和算数无关,几何量不能完全由整数及其比来表示,反之却可以由几何量来表示出来,整数的权威地位开始动摇,而几何学的身份升高了。
危机也表明,直觉和经验不一定靠得住,推理证明才是可靠的。
从此希腊人开始重视演绎推理,并由此建立了几何公理体系,这不能不说是数学思想上的一次巨大革命!2 无穷小量是零吗?——第二次数学危机18世纪,微分法和积分法在生产和实践上都有了广泛而成功的应用,大部分数学家对这一理论的可靠性是毫不怀疑的。
1734年,英国哲学家、大主教贝克莱发表《分析学家或者向一个不信正教数学家的进言》,矛头指向微积分的基础——无穷小的问题,提出了所谓贝克莱悖论。
他指出:“牛顿在求的导数时,采取了先给以增量0,应用二项式,从中减去以求得增量,并除以0以求出的增量与增量之比,然后又让0消逝,这样得出增量的最终比。
这里牛顿做了违反矛盾律的手续——先设有增量,又令增量为零,也即假设没有增量。
三大数学危机数学危机是数学公理在定义上的不完全或不够严谨,导致在理性推论下,将会得到错误的结论。
例如:在无理数还没被发现之前,在毕氏定理中出现腰长为1的等腰直角三角形的斜边长度,竟是无法写成有理数的数。
这是第一次数学危机。
第二次数学危机得解决微积分引入无穷小量而产生的极值问题(飞矢不动的悖论)。
第三次数学危机则是因罗素悖论而起,罗素悖论点出了数学集合论中的缺失。
飞矢不动悖论是古希腊数学家芝诺(Zeno of Elea)提出的一系列关于运动的不可分性的哲学悖论中的一个。
人们通常把这些悖论称为芝诺悖论。
芝诺提出,由于箭在其飞行过程中的任何瞬间都有一个暂时的位置,所以它在这个位置上和不动没有什么区别。
中国古代的名家惠施也提出过,“飞鸟之景,未尝动也”的类似说法。
芝诺问他的学生:“一支射出的箭是动的还是不动的?”“那还用说,当然是动的。
”“确实是这样,在每个人的眼里它都是动的。
可是,这支箭在每一个瞬间里都有它的位置吗?”“有的,老师。
”“在这一瞬间里,它占据的空间和它的体积一样吗?”“有确定的位置,又占据着和自身体积一样大小的空间。
”“那么,在这一瞬间里,这支箭是动的,还是不动的?”“不动的,老师”“这一瞬间是不动的,那么其他瞬间呢?”“也是不动的,老师”“所以,射出去的箭是不动的?”罗素悖论(Russell's paradox),也称为理发师悖论,是罗素于1901年提出的悖论,一个关于类的内涵问题。
罗素悖论当时的提出,造成了第三次数学危机。
理发师悖论”悖论内容一位理发师说:“我只给不给自己刮脸的人刮脸。
”那么他是否给自己刮脸呢?如果他给的话,但按照他的话,他就不该给自己刮脸;如果他不给的话,但按照他的话,他就该给自己刮脸。
于是矛盾出现了。
罗素悖论我们通常希望:任给一个性质,满足该性质的所有类可以组成一个类。
但这样的企图将导致悖论:罗素悖论:设性质P(x)表示“”,现假设由性质P确定了一个类A——也就是说“”。
欢迎共阅数学悖论与三次数学危机“……古往今来,为数众多的悖论为逻辑思想的发展提供了食粮。
”——N·布尔巴基悖定理”。
并且据说毕达哥拉斯在完成这一定理证明后欣喜若狂,而杀牛百只以示庆贺。
因此这一定理还又获得了一个带神秘色彩的称号:“百牛定理”。
宗理提出后,这一击。
这个断的存在而推翻了!这应该是多么违反常识,多么荒谬的事!它简直把以前所知道的事情根本推翻了。
更糟糕的是,面对这一荒谬人们竟然毫无办法。
这就在当时直接导致了人们认识上的危机,从而导致了西方数学史上一场大的风波,史称“第一次数学危机”。
合法的,而不第二次数学危机导源于微积分工具的使用。
伴随着人们科学理论与实践认识的提高,十七世纪几乎在同一时期,微积分这一锐利无比的数学工具为牛顿、莱布尼兹各自独立发现。
这一工具一问世,就显示出它的非凡威力。
许许多多疑难问题运用这一工具后变得易如翻掌。
但是不管是牛顿,还是莱布尼兹所创立的微积分理论都是不严格的。
两人的理论都建立在无穷小分析之上,但他们对作为基本概念的无穷小量的理解与运用却是混乱的。
因而,从微积分诞生时就遭到了一些人的反对与攻击。
其中攻击最猛烈的是英国大主教贝克莱。
1734年,贝克莱以“渺小的哲学家”之名出版了一本标题很长的书《分析学家;或一篇致一位不信神数学家的论文,其中审查一下近代分析学的对象、原则及论断是不是比宗教的神秘、信仰的,得到2xΔx+ (Δx2)“依靠究竟是否为而言,针对贝克莱的攻击,牛顿与莱布尼兹都曾试图通过完善自己的理论来解决,但都没有获得完全成功。
这使数学家们陷入了尴尬境地。
一方面微积分在应用中大获成功,另一方面其自身却存在着逻辑矛盾,即贝克莱悖论。
这种情况下对微积分的取舍上到底何去何从呢?“向前进,向前进,你就会获得信念!”达朗贝尔吹起奋勇向前的号角,在此号角的鼓舞下,十八世纪的数学家们开始不顾基础的不严格,论证的不严密,而是更多依赖于直观去开创新的数学领地。
于是一套套新方法、新结论以及新分支纷纷涌现出来。