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化数为形的新创举·解析几何

时间:2022-02-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:直角坐标系的创立,为代数和几何两个学科架起了桥梁,成为了解析几何这一学科的基础。《几何》是笛卡尔公开发表的唯一数学著作,虽然只有117页,但它标志着代数与几何的第一次完美结合,使形形色色的代数方程表现为不同的几何图形,许多相当难解的代数题转化为几何题后,便可以轻而易举地找到答案。国王得知后勃然大怒,不仅将笛卡尔赶回法国,还软禁了克里斯汀公主。

如果可以用图形来表示数字,那么代数和几何就可以打破界限,开启更多的可能。这一创举还要从法国数学家勒内·笛卡尔观察蜘蛛说起。

有一天,笛卡尔生病卧床,但思考却一刻不停,他想:几何图形是直观的,而代数方程比较抽象,能不能用几何图形来表示方程呢?关键是要把几何图形中的“点”和代数方程中的“数”挂上钩。

突然,他看见屋角有一只蜘蛛拉着丝垂了下来,一会儿,蜘蛛又顺着丝爬上去,在蛛网上左右拉丝。蜘蛛的“表演”使笛卡尔豁然开朗。他想,如果把墙角作为起点,彼此相交的3条线作为3根数轴,那么蜘蛛这个“点”的任意位置,就都可以在数轴上用“数”表示出来了。

笛卡尔欣喜若狂,想不到小小的蜘蛛竟然给了他如此重要的启发。直角坐标系的创立,为代数和几何两个学科架起了桥梁,成为了解析几何这一学科的基础。

《几何》是笛卡尔公开发表的唯一数学著作,虽然只有117页,但它标志着代数与几何的第一次完美结合,使形形色色的代数方程表现为不同的几何图形,许多相当难解的代数题转化为几何题后,便可以轻而易举地找到答案。

在笛卡尔创立的坐标系中,只要知道一个点,这个点的轨迹,无论是直线、曲线,还是圆和椭圆,都可以通过相应的方程式精确地推导出来。坐标系应用于数学、物理、化学、天文等领域后,一切事物运动的过程都可以在坐标系中得到明确的描述。正因为如此,才有了后来科学界的一系列重大发现,使近代科学研究迎来了一个新的高潮。

传说,欧洲大陆暴发黑死病时,笛卡尔流浪到瑞典,认识了一个小公国的公主克里斯汀,两人产生了爱慕之情。国王得知后勃然大怒,不仅将笛卡尔赶回法国,还软禁了克里斯汀公主。笛卡尔回国后不久便染上重病,他日日给公主写信,却都被国王拦截,在寄出第13封信后,笛卡尔与世长辞。

著名的克里斯汀心形线

这第13封信的内容只有短短的一个公式:r=a(1-sinθ)。国王看不懂,便交给了克里斯汀。公主一看到信就明白了笛卡尔的意思,马上着手把方程的图形画了出来——她喜极而泣,知道笛卡尔没有变心。原来,这个方程在坐标上表示的图形是一颗心的形状。这也就是著名的“克里斯汀心形线”。

国王死后,克里斯汀登基,她立即派人前往法国寻找心上人,无奈笛卡尔已经先走一步……

据说,这封享誉世界的另类数学情书至今还保存在欧洲的笛卡尔纪念馆里。

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