第一次数学危机
人类社会发展到公元前五世纪时,世界数学的中心在古希腊。当时数学已从象测地术等这样的经验学科,进化到了逐渐抽象的理论学科,不过,仍是属于哲学的一个分支。当时的数学刚刚从启然数的概念中脱胎出来,形成有理数的概念。数学从自然数到有理数的扩充,给人们展示了较以前更广阔的世界。人们深信有理数已够用了,有理数可表示出一切量。做为数学学科本身,那时几何与算术是密切联系在一起的。特别地,人们认为一切儿何量都可由有理数(即整数与整数比)表示出来。当时处于世界数学主流的毕达哥拉斯学派就持这种观点。他们认为:"整数的和谐与整数比是万物的本源。", "宇宙一切都归于整数比。"毕氏学派对整个数学的发展有着重大贡献。据说,是该学派第一次将数学从经验学科上升到理论学科,首先从理论上证明了勾股定理;发现了无理数等。
在毕达哥拉斯学派内部,云集了当时许多有名的数学家,希舶索斯(Hippasus)就是其高足之一。据说是他在研究勾股数时,发现了边长为1的正方形,其对角线长(根号2 )不能表示成整数的比。这一惊人事实与毕氏学派认为的整数及其比可表示一切量的信念完全相悖。最初,毕氏学派曾试图证明 也可表示为整数比的形式。后来发现这是不可能的。现在常见的“根号2” 不能表示成有理数(整数比)的证明,据说就是毕氏学派当时给出的。 "某些几何量不能表示成整数之比"的这一发现,当时被称为希帕索斯悖论。希帕索斯悖论严重地冲击了古希腊数学关于整数及整数比可以表示一切量"的传统信念。这使毕氏学派深感困惑和恐慌。据传说,为了防止这个发现泄露出去,毕氏学派将希帕索斯残酷地投入了大海。
在发现 不是有理数后,为了解决希帕索斯悖论给毕氏学·派造成的困境,毕氏学派提出用"单子"概念去解决边长为1的正方形的对角线的度量问题。单子是如此之小,其本身无任何度量,却又要保持一个单位去度量别的线段。这大概是人们试图用无限来解决问题的最初尝试。这种尝试,必将导致线段无限可分的想法。而无限可分正好又导致了上述芝诺悖论。于是,希帕斯悖论与芝诺悖论一起导致了第一次数学危机。可以看出,无理数的表示及对无限的认识等矛盾问题是第一次数学危机的主要问题。
通过这次危机,人们认识到整数及整数的比并不能表示一切量。于是,经过进一步的研究,产生了两个结果,
首先,人们的经验和感觉有时并不一定是可靠的.例如,当时在度量精度不高的情况下,人们认为用本身为1的量为单位去度量别的量,若恰好度量完则结果为一个整数;若不能度量完,不过是一个分数。总之,用整数及整数的比是能表示一切量的。这种感觉是对的,观念实际却是错误的。这引起了人们对理性的思考,引起人们对演绎推理的研究。在这个基础上,诞生了:以古希腊哲学家亚里士多德(公元前384~前322)的名著《工具论》为代表的一整套演绎逻辑。
再者,当时人们在经过一番探索,用数字表示不可公度的量的尝试失败之后,发现用几何量来表示这种不可公度的量却是可行的。如要表示" "这个不可公度的量,当时人们就用"边长,为1的正方形的对角线"来表示。这导致了几何与算术最初的真正的分家。几何学因能表示无理数这样的量,被认为是严密的。算术因不能处理这样的量,被认为不严密,从而算术的研究受到冷落。由于这些原因,造成了古希腊数学中,算术相对的比较落后的情况。与之相反,在古希腊数学后来的研究中,几何学迅猛发展。在此基础上,诞生了欧几里得公理几何学。这是古希腊数学辉煌成就的顶峰,欧氏几何学的诞生,标志着数学学科从哲学学科的从属地位中彻底独立出来了。
第一次数学危机就这样度过了.但这种解决方法,实质上是回避了关于无限、无理数的讨论。这样,一次可以扩充有理数的良好机会,给错过了。
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