古代第一位证明数学定理的科学家 江铭辉五梦网
一、泰尔斯的生平:
泰尔斯的知识渊博,对宇宙万物研究非常透澈,因为他是第一位不掺任何神话,纯粹用思索来说明自然现象的人,所以被世人尊称为科学之父。他曾预言公元前585年会出现日食,又发现摩擦琥珀会生电。严格说来,他是哲学家,因为当时的哲学家也研究数学、天文、物理学及其他学科。泰尔斯有崇高的声望,他除被世人尊为古希腊七贤之首外,亚理斯多德更尊称他为「哲学之父」。他的名言是:只有站得高的人,才有从高处落下的权利。传说泰尔斯死后人们在他的塑像下刻了这样的一段铭文:这里长眠的泰尔斯是最聪明的天文学家,米列塔斯和爱奥尼亚的骄傲。
二、对数学的贡献
古代第一位科学家也是第一位哲学家「泰尔斯」在数学上最大的贡献是:他不仅仅是第一个将埃及的几何学引进希腊,同时对几何学的命题加以证明,埃及人只是说明现象,而泰尔斯进一步加以证明。泰尔斯从埃及带回自己所发现的几何学命题,可归纳成下列五个命题,它们分别是(图1~图5):
(一) 直径平分一圆。
如图1,虽然埃及人已知道圆被直径分成两半,但泰尔斯是第一解说它的人。
(二) 等腰三角形的两底角相等。
如图2,等边三角形的两底角相等。
(三) 两相交直线所形成的对顶角相等。
如图3,两相交直线所形成的对顶角相等。
(四) 半圆的内接三角形为直角三角形。
如图4,泰尔斯发现半圆的内接三角形是直角三角形。
(五) 若一三角形有两角和一边与另一三角形的两角及一边相等,则两三角形全等。
如图5,若一三角形有两角和一边与另一三角形的两角及一边相等,则两三角形全等。
这些命题都很简单,可是最重要的是泰尔斯并不仅仅满足命题的叙述,他还证明这些命题为何是真的?在泰尔斯之前,埃及的几何学家只做观察和归纳的工作,但不去证明它。
例如埃及人只注意到五十几个不同的等腰三角形的底角总是相等。也仅留意到这点为止。但是泰尔斯开始去证明这个定理。证明命题是希腊几何学的基本精神,也使数学由归纳、观察的阶段逐步渡到抽象、理论的境界。因此泰尔斯可说是希腊几何学的先驱。
1. 直径平分一圆
希腊数学史家普罗克劳斯(Proclus,公元410~485年)说泰尔斯第一个证明了这个命题。但多数的学者认为泰尔斯大概只是解说它,并没有确实证明它。康托尔(M. Cantor)推测泰尔斯可能是受到某些图形的启发。因为在埃及也经常可看将圆分成若干扇形的纪念,碑上扇形的图显然都是相等的(图6)。
图6:埃及的纪念碑上常可看到将圆分成扇形的图
2. 等腰三角形两底角相等
泰尔斯是用“相似”这个名词来描述“相等”,这可说明他还未将“角”当作具有大小的“量”,而是看作有某种形状的图形,这和古代埃及的观点一致。
3. 两相交直线所形成的对顶角相等
本命题与欧几里德(Euclid)〈几何原本〉第一卷的命题158相同。
证明如下,如图7,因为∠AED+∠AEC=180°……(1);∠AEC+∠CEB=180°……(2),将(1)减(2):
得∠AED-∠CEB=0
所以∠AED=∠CEB
因此两相交直线所形成的对顶角相等
图7
4. 半圆的内接三角形是直角三角形
这是根据罗马〈尼罗〉时期的女历史作家潘菲拉(Pamphila)所说的,她说泰尔斯从埃及人那里学到了几何学,第一次在作出圆内接直角三角形时宰了一头牛来庆祝。同样的传说,发生在毕达哥拉斯(Pythagoras)身上,人们说:「毕达哥拉斯在发现毕达哥拉斯定理时也杀了一百头牛来庆祝。
5. 两三角形,它们的“两角夹一边”若分别相等,则两三角形全等
尤德莫斯在〈几何学史〉中,将这定理的证明归功于泰尔斯,并说他利用这定理测出从船只到岸边的距离。至于怎么测法?尤德莫斯没有叙述。数学史家们作过多种猜测,其中有一种猜测如下:
如图11,为求岸上A点到船舶B点之距离,我们延着A,作AB之任意长度之垂线AC,并取AC的中点D。
在C作一线CE垂直于AC,方向与AB相反,延长至一点E,使E、D、B三点共线。
则因为AD=DC,且∠ADB=∠EDC,所以直角三角形ABD与直角三角形EDC全等。所以CE与AB等长
图8:泰尔斯利用两三角形全等的定理测出船舶离岸的距离