生活中无处不在的几何是怎么产生的?
几何学的应用在我们的日常生活中无处不在:车辆的轮胎是圆的,这样阻力会最小;房子的屋顶梁是三角形,因为三角形有稳定性;蜜蜂的蜂箱被建成正六边形,因为空间利用率最大...几何应用广泛,解决了我们生活中的很多问题。那么,几何是怎么产生的呢?
几何学的英文是Geometry,从希腊语演变而来。它的原意是土地测量,后来被中国数学家徐光启翻译成“几何学”。4000年前的古埃及,每当尼罗河泛滥,两岸的土地都会被淹没。水退了,原来分的地就会变得不清楚,需要重新测绘。长期以来,人们积累了大量关于测量土地的知识,形成了几何学的初步知识。
后来希腊人与埃及人进行贸易,从埃及学中学习到了测量、绘画等几何学的初级知识。在此基础上,希腊人逐渐完善和丰富了几何学,并逐渐发展成为一门系统的知识。
在几何学的发展过程中,有一个人起了很大的作用,他就是欧几里得。公元前338年,欧几里得对当时的几何知识进行了系统的总结和整理,写出了《几何原本》。1607年,徐光启与西方人利玛窦合作,第一次将欧几里得的《几何原本》引入中国。欧几里得的《几何原本》在几何史上有着深远的影响。到目前为止,许多几何教科书都是以几何的元素为基础的。
从那以后,几何学的发展出现了两个重要的转折点。第一个是笛卡尔在《方法论附录几何》中首次将坐标引入几何,由此几何问题可以用代数形式表达和求解;二是克莱因、希尔伯特等人的几何现代化。克莱因从群论的观点出发,把几何变换看作特定不变量约束下的变换群。希尔伯特为几何学奠定了科学的公理基础,对整个数学的严密性起了重要的引领作用。
虽然几何学起源于国外,但几何学的研究在中国有着悠久的历史。在距今约4350-3950年的黑陶文化时期,陶器上出现了许多几何图案,如菱形、正方形、刻有圆圈的正方形等。在先秦时期,翟墨的《莫箐》中也记载了一些几何图形的知识。此外,著名的《九章算术》中记载了土地面积和实物体积的计算方法。在《每周平行计算》一书中,记录了一个直角三角形的三条边之间的关系。