小瓜瓜陪你聊數學 第10集 《古希臘代數學之父——丟番圖》

2021-02-23 格致誠正8修齊治平



【古希臘】丟番圖

小瓜瓜陪你聊數學

第10集 古希臘代數學之父——丟番圖

大家好!歡迎來到《小瓜瓜陪你聊數學》。

說起數學,我們每個人從小就知道,在學校也一直都在學習各種數學知識。那,數學是什麼?數學來自哪裡?又會去向何方?歷史上,有什麼有趣的數學人物和故事呢?如果你也喜歡數學,想走近數學,加入我們一起學習吧!

上一集,我們聊了託勒密和「地心說」。

古希臘文明盛世 

到了公元4世紀左右,古希臘數學已日漸衰微,距離「黃金時代」已經過去了5、6百年,就在這古希臘文明的落日餘暉中,丟番圖和帕普斯帶來了純數學的小復興。他們是古希臘數學最後的兩位大家。

丟番圖的生平我們知道的很少,只知道他生活在公元280年前後。

古希臘數學發端於泰勒斯,從畢達哥拉斯學派開始,研究興趣的中心在幾何學。

幾何美在古希臘無所不在

他們認為只有經過幾何論證的命題才是可靠的。於是,為了追求邏輯的嚴密性,算術(包括後來的代數)也披上了幾何的外衣。一切代數問題,甚至簡單的一次方程的求解,也都納入了幾何學的模式之中。在古希臘數學家那裡,求數的平方一定是跟「面積」相關,而立方則跟「體積」相關。似乎沒有幾何意義的數字是無關緊要的。

丟番圖《算術》

直到丟番圖,才把代數解放了出來。丟番圖認為代數方法比幾何的演繹陳述更適合解決問題。 

丟番圖的代表著作是《算術》,這是一本問題集,原書有13卷,包含290個算術、代數和數論問題。而其中,以不定方程的求解而著稱。丟番圖是第一個對不定方程問題作廣泛深入研究的數學家,現在數學家們常常把求「整係數不定方程整數解的問題」,叫作「丟番圖問題」。

《算術》的另一個貢獻是使用一套縮寫符號來表示未知數,乘冪,減號等等,這開創了代數符號的先河。

各式各樣的數學符號

《算術》是一部劃代的著作,它在歷史上影響之大,可以和歐幾裡得的《幾何原本》相媲美。

費馬大定理

 

小夥伴們知道著名的「費馬大定理」嗎?這個世紀難題曾經困擾了數學家好幾百年,直到1995年才終於被英國數學家懷爾斯解決,終於由「猜想」上升為「定理」,這就是一個丟番圖問題。傳說,當年費馬就是在閱讀丟番圖《算術》時才提出了這個無與倫比的猜想。這個我們以後再聊。

據說,丟番圖的墓碑上寫著一首詩,也是一道經典數學問題:

「過路的人啊,這裡安放著丟番圖,多麼令人驚訝!它忠實地記錄了所經歷的道路。

上帝給予的童年佔六分之一,

又過了十二分之一,兩頰長鬚,

再過七分之一,點燃起結婚的蠟燭。

五年之後天賜貴子,

可憐遲來的寧馨兒,享年僅及其父之半,便走完一生。

悲傷只有用數論的研究去彌補,又過了四年,他也走完了人生的旅途。

終於告別數學,離開了人世。」

數學愛好者們可以由此獲知丟番圖一生走過了多少春秋。

小夥伴們,你也能求解嗎?

這就是代數學的開創者——丟番圖。下一集,我們再聊聊他的學生——帕普斯——古希臘最後一位大幾何學家。

這裡是「小瓜瓜陪你聊數學」,我們下集——再見!

 




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神奇的普朗克時間

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    如丟番圖時代以前;簡字代數,又稱省略代數。即對某些常出現的量和運算採用縮寫字母表示,簡化了文詞表達算法的內容和步驟。如丟番圖時期;符號代數,即對數學問題的表述,採用抽象符號表示,如現代通用符號。古代數學由於涉及的概念少,關係也比較簡單,所使用的符號也就不多:自然數是數學中最早產生的概念,最早出現的數學符號也是數字符號;在世界範圍內,古代使用文字的中國、巴比倫、古埃及、古希臘、瑪雅,都「發明」了數字記號;自然數概念的完善依賴於算術運算,在文明古國中很早就產生了算術運算及其相應的符號,表示加號、乘號,又用特殊記號表示減號;另一個最早產生的數學概念是幾何圖形
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    丟番圖 「他生命的六分之一是幸福的童年;再活了他的生命的十二分之一,兩頰長起了細細的鬍子;他結了婚,又度過了一生的七分之一;再過五年,他有了兒子,感到很幸福;可是兒子只活了他全部年齡的一半;兒子死後,他在極度悲痛中度過了四年,也與世長辭了。」
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    陳省身不僅在數學研究上成果斐然,在數學教育領域上也有著卓越貢獻,先後培養出吳文俊、丘成桐等著名數學家。他在1937年民族存亡之際受聘清華大學數學教授,後來因抗戰隨學校內遷至雲南昆明。抗爭勝利後陳省身主持成立了南京中央研究院數學研究所。1949年移民美國,任教芝加哥大學,此後一邊從事數學研究一邊進行數學教育。
  • 代數學發展簡史
    在這一核心的周圍,由於數學通過數與形這兩個概念,與其它科學互相滲透,而出現了許多邊緣學科和交叉學科。在此簡要介紹代數學的有關歷史發展情況。後來清代學者華蘅芳和英國人傅蘭雅合譯英國瓦裡斯的《代數學》,卷首有「代數之法,無論何數,皆可以任何記號代之」,亦即:代數,就是運用文字符號來代替數字的一種數學方法。       古希臘數學家丟番圖(Diophantus)用文字縮寫來表示未知量,在公元250年前後丟番圖寫了一本數學巨著《算術》(Arithmetica)。
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