畢達哥拉斯(2)〈畢達哥拉斯定理的證明人〉江銘輝五夢網
五、數為萬物的源本
畢達哥拉斯學派將抽象的「數」視為萬物的源本,他們研究數的目的是想利用神祕的數作為工具,來探討宇宙永恆的真理。整數對他們來說,都有特殊的意義。例如:奇數有男性特質,而偶數有女性特質;1是最基本的,也是萬物不變的根源,由1可產生其他的數,因此1為推理數;2是第一個「女性數」;4代表正義;5代表婚姻,因為它是2和3的和(2是第一個女性數,而3是第一個真正的男性數);6代表上帝創世有6天;8是愛情,因為八度音最和諧;10表示奇蹟、完美……等等。畢達哥拉斯學派也把正五邊形之對角線組成一個五角星,這個圖形是健康的象徵,畢達哥拉斯學派把它當作會員的識別符號(圖2)。在對「數」進行深入的研究之後,畢達哥拉斯學派發現到數與音樂的和諧的關係、數與幾何圖形的關係,數與天體運行的關係……等等。
圖2:「五角星」,畢達哥拉斯學派把它當作會員識別符號
因為「數」為萬物的源本,於是他們的學派把整個學習內容分為四大部分,即:
(1)數的絕對理論:算術。
(2)數的應用:音樂。
(3)靜止的量:幾何。
(4)運動的量:天文。
上述四項,合起來叫四道(quadrivium),即四條道路的意思,這名稱一直沿用到中世紀。
在所有「數」中,畢達哥拉斯特別討厭17這個數。因為它正好在16與18之間,而16和18是僅有的自然數,它正好同時等於一個矩形(或正方形)的面積或周長。
例如邊長是4的正方形,它的面積是16,四邊長度的和也是16;邊長是3與6的矩形,面積是18,四邊長的和也是18。
至於還有沒有別的自然數會滿足這個條件?我們說:「有沒」,理由如下:
設矩形的兩邊是X、 Y,則XY=2X+2Y,
即:Y=2X/(X-2)=2+4/(X-2)
方程式中的X只可能取3, 4, 6,對應的Y是6, 4, 3。因此,一個矩形(或正方形),它有相等的面積(XY)和周長(2X+2Y)只能是16和18兩數罷了。
六、希臘音樂理論的開山鼻祖
畢達哥拉斯學派非常著迷於數與音樂的研究,他們發現如果將弦拉緊並將兩端固定,彈出一個音調;再取該弦長度的1/2,則會彈出波長為1/2,頻率高一倍的音調;又取弦長的1/3,則可調波長為1/3,頻率為3倍的音調;……如此弦的振動頻率成1, 2, 3……增加,而波長成1/1,1/2,1/3,……遞減(如圖2;3),這些音調如一起合奏會令人感覺和諧悅耳。因此1,1/2,1/3,1/4,……便稱為調和數列,這也是調和數列名稱的起源。畢達哥拉斯將數字觀念應用在音樂上,對希臘和後來的歐洲音樂理論產生極為深遠的影響。也使他贏得希臘音樂理論的開山鼻祖。
圖3:弦的振動波長隨弦振動的長度成一定比率遞減後,會奏出和諧音樂,此為調和數列的由來。
圖4:十五世紀意大利音樂家想像畢達哥拉斯用弦證明和諧的音樂理論
如果一個數等於“本身以外的全部因子之和”,這個數叫做完全數。例如正整數6,有因數1, 2, 3,而6=1+2+3,所以6是個完全數,又正整數28,有因數1, 2, 4, 7, 14而1+2+4+7+14=28,所以28也是完全數。有人做過統計,在1至4千萬之間,只有7個完全數,它們是6, 28, 496, 8128, 120816, 2096128, 33550336,可見完全數在自然數中是非常稀少的。如果有二數,每一數所有因數(不包括本身)的和等於另一數,則此二數稱為親和數,例如220和284是最早發現的一對親和數。因為220的因數為1, 2, 4, 5, 10, 11, 20, 22, 44, 55, 110,它們的和為284,而284的因數為1, 2, 4, 71, 142,它們的和為220。這對親和數首先由畢達哥拉斯學派所發現。繼220和284這對親和數被發現後,直到1636年才由法國數學家費瑪(P. de Fermat)發現了第二對親和數17296、18416。不久法國哲學家兼數學家笛卡爾(R. Descartes)也發現了第三對親和數9363584, 9437056。18世紀瑞士數學家尤拉(L. Euler)(圖5),一口氣發現60對親和數。總之,一萬以內親和數僅有5對,它們是:(220, 284);(1184, 1210);(2620, 2924);(5020, 5564);(6232, 6368)。至今已發現的親和數有1200多對,但親和數的“對數”究竟是有限或無限,目前尚不清楚。
圖5:尤拉(L. Euler, 1707~1783年)瑞士數學家,18世紀的數學界泰斗,他與阿基米德、牛頓和高斯並稱為數學四大名家。