阿基米德为什么是现代最巨大的数学家1

发布网友 发布时间：2022-04-20 01:02

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热心网友 时间：2022-05-29 09:01

阿基米德（公元前287年—公元前212年）,伟大的古希腊哲学家、百科式科学家、数学家、物理学家、力学家,静态力学和流体静力学的奠基人,并且享有“力学之父”的美称,阿基米德和高斯、牛顿并列为世界三大数学家.[1] 阿基米德曾说过：“给我一个支点,我就能撬起整个地球.”阿基米德对数学和物理的发展做出了巨大的贡献,为社会进步和人类发展做出了不可磨灭的影响,即使牛顿和爱因斯坦也都曾从他身上汲取过智慧和灵感,他是“理论天才与实验天才合于一人的理想化身”,文艺复兴时期的达芬奇和伽利略等人都拿他来做自己的楷模。
阿基米德（Archimedes）
生卒年代：前287-212
简介：
古希腊伟大的数学家、力学家. 生于西西里岛的叙拉古,卒于同地. 早年在当时的文化中心亚历山大跟随欧几里得的学生学习,以后和亚历山大的学者保持紧密联系,因此他算是亚历山大学派的成员.后人对阿基米德给以极高的评价,常把他和I.牛顿、C.F.高斯并列为有史以来三个贡献最大的数学家.他的生平没有详细记载,但关于他的许多故事却广为流传.
生平：
阿基米德（Archimedes,约前287—212）,诞生于希腊叙拉古附近的一个小村庄.他出生于贵族,与叙拉古的赫农王（King Hieron）有亲戚关系,家庭十分富有.阿基米德的父亲是天文学家兼数学家,学识渊博,为人谦逊.阿基米德受家庭的影响,从小就对数学、天文学特别是古希腊的几何学产生了浓厚的兴趣.当他刚满十一岁时,借助与王室的关系,被送到埃及的亚历山大里亚城去学习.亚历山大位于尼罗河口,是当时文化贸易的中心之一.这里有雄伟的博物馆、图书馆,而且人才荟萃,被世人誉为“智慧之都”.阿基米德在这里学习和生活了许多年,曾跟很多学者密切交往.他兼收并蓄了东方和古希腊的优秀文化遗产,在其后的科学生涯中作出了重大的贡献.公元前二一二年,古罗马入侵叙拉古,阿基米德被罗马士兵杀死,终年七十五岁.阿基米德的遗体葬在西西里岛,墓碑上刻着一个圆柱内切球的图形,以纪念他在几何学上的卓越贡献. 阿基米德的成就
阿基米德无可争议的是古代希腊文明所产生的最伟大的数学家及科学家,他在诸多科学领域所作出的突出贡献,使他赢得同时代人的高度尊敬.
阿基米德求得了抛物线弓形、螺线、圆形的面积和体积以及椭球体、抛物面体等复杂几何体的体积.在推演这些公式的过程中,他熟练的启用了“穷竭法”,即我们今天所说的逐步近似求极限的方法,因而被公认为微积分计算的鼻祖.他还利用此法估算出∏值在 和 之间,并得出了三次方程的解法.面对古希腊繁冗的数字表示方式,阿基米德提出了一套有重要意义的按级计算法,并利用它解决了许多数学难题. 阿基米德在力学方面的成绩最为突出,这些成就主要集中在静力学和流体静力学方面.他在研究机械的过程中,发现了杠杆原理,并利用这一原理设计制造了许多机械.他在研究浮体的过程中发现了浮力定律,也就是有名的阿基米德定律.
阿基米德在天文学方面也有出色的成就.他设计了一些圆球,用细绳和木棒将它们联接起来模仿日月和星辰的运动,并利用水力使它们转动.这样日食和月食就可以生动的表现出来了.阿基米德认为地球是圆球状的,并围绕着太阳旋转,这一观点比哥白尼的“日心地动说”要早一千八百年.限于当时的条件,他并没有就这个问题做深入系统的研究.但早在公元前三世纪就提出这样的见解,是很了不起的. 阿基米德的著作很多,作为数学家,他写出了《论球和圆柱》、《论劈锥曲面体与球体》、《抛物线求积》、《论螺线》等数学著作.作为力学家,他著有《论平板的平衡》、《论浮体》、《论杠杆》、《论重心》等力学著作.在《论平板的平衡》中,他系统地论证了杠杆原理.在论浮体中、他论证了浮体定律.
阿基米德不仅在理论上成就璀璨,还是一个富有实践精神的工程学家.他一生设计、制造了许多和机器,除了杠杆系统外,值得一提的还有举重滑轮、灌地机、扬水机以及军事上用的投射器等.被称作“阿基米德举水螺旋”的扬水机是为了将水从大船的船舱中排出而发明的.扬水机可以利用螺旋把搬运到高处,在埃及得到了广泛的应用,是现代螺旋泵的前身. “给我一个支点,我将移动地球”
阿基米德不仅是个理论家,也是个实践家,他一生热衷于将其科学发现应用于实践,从而把二者结合起来.在埃及,公元前一千五百年前左右,就有人用杠杆来抬起重物,不过人们不知道它的道理.阿基米德潜心研究了这个现象并发现了杠杆原理.
赫农王对阿基米德的理论一向持半信半疑的态度.他要求阿基米德将它们变成活生生的例子以使人信服.阿基米德说：“给我一个支点,我就能移动地球.”国王说：“这恐怕实现不了,你还是来帮我拖动海岸上的那条大船吧.”这条船是赫农王为埃及国王制造的,体积大,相当重,因为不能挪动,搁浅在海岸上已经很多天了.阿基米德满口答应下来. 阿基米德设计了一套复杂的杠杆滑轮系统安装在船上,将绳索的一端交到赫农王手上.赫农王轻轻拉动绳索,奇迹出现了,大船缓缓地挪动起来,最终下到海里.国王惊讶之余,十分佩服阿基米德,并派人贴出告示“今后,无论阿基米德说什么,都要相信他.”
金冠之谜
赫农王让金匠替他做了一顶纯金的王冠,做好后,国王疑心工匠在金冠中掺了银子,但这顶金冠确与当初交给金匠的纯金一样重,到底工匠有没有捣鬼呢?既想检验真假,又不能破坏王冠,这个问题不仅难倒了国王,也使诸大臣们面面相觑.后来,国王将它交给了阿基米德.阿基米德冥思苦想出很多方法,但都失败了.有一天,他去澡堂洗澡,他一边坐进澡盆里,一边看到水往外溢,同时感到身体被轻轻拖起.他突然恍然大悟,跳出澡盆,连衣服都顾不得穿就直向王宫奔去,一路大声很着“尤里卡”, “尤里卡”（Eureka,我知道了,我找到了）原来他想到,如果王冠放入水中后,排出的水量不等于同等重量的金子排出的水量,那肯定是掺了别的金属.这就是有名的浮力定律,既浸在液体中的物体受到向上的浮力,其大小等于物体所排出液体的重量.后来,该定律就被命名为阿基米德定律.
爱国者阿基米德
在阿基米德晚年时,罗马入侵叙拉古,阿基米德指导同胞们制造了很多攻击和防御的武器.当侵略军首领马塞勒塞率众攻城时,他设计的投石机把敌人打得哭爹喊娘.他制造的铁爪式起重机,能将敌船提起并倒转,抛至大海深处.传说他还率领叙拉古人民制作了一面大凹镜,将阳光聚焦在靠近的敌船上,使它们焚烧起来.罗马士兵在这频频的打击中已经心惊胆战,草木皆兵,一见到有绳索或木头从城里扔出,他们就惊呼“阿基米德来了”,随之抱头鼠窜.罗马被阻入城外达三年之久.最终,于公元前二一二年,罗马人趁叙拉古城防务稍有松懈,大举进攻闯入了城市.此时,阿基米德正在潜心研究一道深奥的数学题,一个罗马士兵闯入,用脚践踏他所画的图形,阿基米德愤怒地与之争论,残暴的士兵哪里肯听,只见他举刀一挥,一位璀璨的科学巨星就此陨落.
关于他的传闻及贡献：
据说他确立了力学的杠杆定律之后,曾发出豪言壮语：“给我一个立足点,我就可以移动这个地球!”叙拉古的亥厄洛王叫金匠造一顶纯金的皇冠,因怀疑里面掺有银子,便请阿基米德鉴定一下5彼朐∨柘丛枋?水漫溢到盆外,于是悟得不同质料的物体,虽然重量相同,但因体积不同,排去的水也必不相等.根据这一道理,就可以判断皇冠是否掺假.阿基米德高兴得跳起来,赤身奔回家中,口中大呼：“尤里卡!尤里卡!”（希腊语意思是“我找到了”）他将这一流体静力学的基本原理,即物体在液体中减轻的重量,等于排去液体的重量,总结在他的名著《论浮体》中,后来以“阿基米德原理”著称于世.第二次布匿战争时期,罗马大军围攻叙拉古,阿基米德献出自己的一切聪明才智为祖国效劳.传说他用起重机抓起敌人的船只,摔得粉碎；发明奇妙的机器,射出大石、火球.还有一些*载他用巨大的火镜反射日光去焚毁敌船,这大概是夸张的说法.总之,他曾竭尽心力,给敌人以沉重打击.最后叙拉古因粮食耗尽及奸细的出卖而陷落,阿基米德不幸死在罗马士兵之手.流传下来的阿基米德的著作,主要有下列几种.《论球与圆柱》,这是他的得意杰作,包括许多重大的成就.他从几个定义和公理出发,推出关于球与圆柱面积体积等50多个命题.《平面图形的平衡或其重心》,从几个基本假设出发,用严格的几何方*证力学的原理,求出若干平面图形的重心.《数沙者》,设计一种可以表示任何大数目的方法,纠正有的人认为沙子是不可数的,即使可数也无法用算术符号表示的错误看法.《论浮体》,讨论物体的浮力,研究了旋转抛物体在流体中的稳定性.阿基米德还提出过一个“群牛问题”,含有八个未知数.最后归结为一个二次不定方程.其解的数字大得惊人,共有二十多万位!
阿基米德当时是否已解出来颇值得怀疑.除此以外,还有一篇非常重要的著作,是一封给埃拉托斯特尼的信,内容是探讨解决力学问题的方法.这是1906年丹麦语言学家J.L.海贝格在土耳其伊斯坦布尔发现的一卷羊皮纸手稿,原先写有希腊文,后来被擦去,重新写上宗教的文字.幸好原先的字迹没有擦干净,经过仔细辨认,证实是阿基米德的著作.其中有在别处看到的内容,也包括过去一直认为是遗失了的内容.后来以《阿基米德方法》为名刊行于世.它主要讲根据力学原理去发现问题的方法.他把一块面积或体积看成是有重量的东西,分成许多非常小的长条或薄片,然后用已知面积或体积去平衡这些“元素”,找到了重心和支点,所求的面积或体积就可以用杠杆定律计算出来.他把这种方法看作是严格证明前的一种试探性工作,得到结果以后,还要用归谬法去证明它.他用这种方法取得了大量辉煌的成果.阿基米德的方法已经具有近代积分论的思想.然而他没有说明这种“元素”是有限多还是无限多,也没有摆脱对几何的依赖, 更没有使用极限方法.尽管如此, 他的思想是具有划时代意义的,无愧为近代积分学的先驱.他还有许多其他的发明,没有一个古代的科学家,象阿基米德那样将熟练的计算技巧和严格证明融为一体,将抽象的理论和工程技术的具体应用紧密结合起来.
后来阿基米德成为兼数学家与力学家的伟大学者,并且享有"力学之父"的美称.其原因在于他通过大量实验发现了杠杆原理,又用几何演泽方法推出许多杠杆命题,给出严格的证明.其中就有著名的"阿基米德原理",他在数学上也有着极为光辉灿烂的成就.尽管阿基米德流传至今的著作共只有十来部,但多数是几何著作,这对于推动数学的发展,起着决定性的作用. 《砂粒计算》,是专讲计算方法和计算理论的一本著作.阿基米德要计算充满宇宙大球体内的砂粒数量,他运用了很奇特的想象,建立了新的量级计数法,确定了新单位,提出了表示任何大数量的模式,这与对数运算是密切相关的. 《圆的度量》,利用圆的外切与内接96边形,求得圆周率π为：22／7 ＜π＜223／71 ,这是数学史上最早的,明确指出误差限度的π值.他还证明了圆面积等于以圆周长为底、半径为高的正三角形的面积；使用的是穷举法. 《球与圆柱》,熟练地运用穷竭法证明了球的表面积等于球大圆面积的四倍；球的体积是一个圆锥体积的四倍,这个圆锥的底等于球的大圆,高等于球的半径.阿基米德还指出,如果等边圆柱中有一个内切球,则圆柱的全面积和它的体积,分别为球表面积和体积的 .在这部著作中,他还提出了著名的"阿基米德公理". 《抛物线求积法》,研究了曲线图形求积的问题,并用穷竭法建立了这样的结论："任何由直线和直角圆锥体的截面所包围的弓形（即抛物线）,其面积都是其同底同高的三角形面积的三分之四."他还用力学权重方法再次验证这个结论,使数学与力学成功地结合起来. 《论螺线》,是阿基米德对数学的出色贡献.他明确了螺线的定义,以及对螺线的面积的计算方法.在同一著作中,阿基米德还导出几何级数和算术级数求和的几何方法. 《平面的平衡》,是关于力学的最早的科学论著,讲的是确定平面图形和立体图形的重心问题. 《浮体》,是流体静力学的第一部专著,阿基米德把数学推理成功地运用于分析浮体的平衡上,并用数学公式表示浮体平衡的规律. 《论锥型体与球型体》,讲的是确定由抛物线和双曲线其轴旋转而成的锥型体体积,以及椭圆绕其长轴和短轴旋转而成的球型体体积. 丹麦数学史家海伯格,于1906年发现了阿基米德给厄拉托塞的信及阿基米德其它一些著作的传抄本.通过研究发现,这些信件和传抄本中,蕴含着微积分的思想,他所缺的是没有极限概念,但其思想实质却伸展到17世纪趋于成熟的无穷小分析领域里去,预告了微积分的诞生. 正因为他的杰出贡献,美国的E.T.贝尔在《数学人物》上是这样评价阿基米德的：任何一张开列有史以来三个最伟大的数学家的名单之中,必定会包括阿基米德,而另外两们通常是牛顿和高斯.不过以他们的宏伟业绩和所处的时代背景来比较,或拿他们影响当代和后世的深邃久远来比较,还应首推阿基米德.