书城教材教辅新课改·高一数学备课素材
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第20章 函数(9)

欧拉的风格是很高的,拉格朗日是稍后于欧拉的大数学家,从19岁起和欧拉通信、讨论等周问题的一般解法,这引起变分法的诞生。等周问题是欧拉多年来苦心考虑的问题,拉格朗日的解法,博得欧拉的热烈赞扬,1759年10月2日欧拉在回信中盛赞拉格朗日的成就,并谦虚地压下自己在这方面较不成熟的作品暂不发表,使年轻的拉格朗日的著作得以发表和流传,并赢得巨大的声誉。他晚年的时候,欧洲所有的数学家都把他当作老师,著名数学家拉普拉斯曾说过:“读读欧拉、读读欧拉,他是我们大家的老师!”当欧拉75岁高龄之时,一场突如其来的大火烧掉了他几乎全部的著述,而神奇的欧拉用了一年的时间口述了所有这些论文并作了修订。一年以后,1783年9月18日的下午,欧拉为了庆祝他计算气球上升定律的成功,请朋友们吃饭,那时天王星刚发现不久,欧拉写出了计算天王星轨道的要领,还和他的孙子逗笑,喝完茶后,突然疾病发作,烟斗从手中落下,口里喃喃地说:“我要死了。”欧拉终于“停止了生命和计算”。

欧拉渊博的知识,无穷无尽的创作精力和空前丰富的著作,都是令人惊叹不已的!他从19岁开始发表论文,直到76岁,半个多世纪写下了浩如烟海的书籍和论文。可以说欧拉是科学史上最多产的一位杰出的数学家,据统计他那不倦的一生,共写下了886本书籍和论文(七十余卷,牛顿全集八卷,高斯全集十二卷),其中分析、代数、数论占40%,几何占18%,物理和力学占28%,天文学占11%,弹道学、航海学、建筑学等占3%,彼得堡科学院为了整理他的著作,足足忙碌了47年。到今几乎每一个数学领域都可以看到欧拉的名字,从初等几何的欧拉线,多面体的欧拉定理,立体解析几何的欧拉变换公式,四次方程的欧拉解法到数论中的欧拉函数,微分方程的欧拉方程,级数论的欧拉常数,变分学的欧拉方程,复变函数的欧拉公式等等,数也数不清。他对数学分析的贡献更独具匠心,《无穷小分析引论》一书便是他划时代的代表作,当时数学家们称他为“分析学的化身”。

欧拉著作的惊人多产并不是偶然的,他可以在任何不良的环境中工作,他常常抱着孩子在膝上完成论文,也不顾孩子在旁边喧哗。他那顽强的毅力和孜孜不倦的治学精神,使他在双目失明以后,也没有停止对数学的研究,在失明后的17年间,他还口述了几本书和400篇左右的论文。19世纪伟大数学家高斯曾说:“研究欧拉的著作永远是了解数学的最好方法。”

欧拉的一生,是为数学发展而奋斗的一生,他那杰出的智慧,顽强的毅力,孜孜不倦的奋斗精神和高尚的科学道德,永远是值得我们学习的。欧拉在数学、物理、天文、建筑以至音乐、哲学方面都取得了辉煌的成就。在数学的各个领域,常常见到以欧拉命名的公式、定理和重要常数。课本上常见的如π(1736年),i(1777年),e(1748年),sin和cos(1748年),tg(1753年),x(1755年),Σ(1755年),f(x)(1734年)等,都是他创立并推广的。歌德巴赫猜想也是在他与歌德巴赫的通信中提出来的。欧拉还首先完成了月球绕地球运动的精确理论,创立了分析力学、刚体力学等力学学科,深化了望远镜、显微镜的设计计算理论。

数学家李善兰

李善兰(1811—1882年),字壬叔,号秋纫,浙江海宁人。从小接受传统教育读经,但却很喜欢算术。10岁就读通了古典算学《九章》,后来得到《测圆海镜》、《勾股割圜记》等书,进行研读,算术水平大有长进。在研读算学书籍时,善思考,常能发现问题,提出见解。后来与一些精通算学的名士如钱塘戴煦、南汇张文虎、乌程徐有壬、归安张福僖等交往,互相切磋。

1852年5月,李善兰来到上海,结识了英国人伟烈亚力(1815—1887年)。伟烈亚力于1847年来华,在上海参加了也是一名外国人所开设的“墨海书馆”。伟烈亚力懂汉语,精于数学。他曾用中文写了《数学启蒙》2卷,1853年印行。李善兰与他相识后,决定共同进行引进现代数学的工作。他们首先想到了古典几何学著作《几何原本》。这部书,明代徐光启与利玛窦曾经翻译了前8卷。当时,西方国家所普遍学习使用的欧氏几何,大多是6卷本或8卷本,很少有齐全的版本,所以徐光启翻译的也只能是8卷本。李善兰和伟烈亚力决定把后9卷找来译出。伟烈亚力托人到英国找到旧版,是英文译本。然后,伟烈亚力口述,李善兰记录整理。但是,他们用的这个英文译本,有许多印错和校对不精之处,内容也较为深奥,伟烈亚力对这部分不甚精通,即使面对错讹,他也难以判明。不过李善兰精通数学,他能纠正错误,并能删繁就简。二人经过努力,反复校审,终于完成了这项工作。1856年,《几何原本》后9卷译成,至此,欧氏几何才算全部输入中国,为这项跨朝代的工程画上了圆满的句号。

李善兰在翻译《几何原本》的时候,还结识了另一位英国人,传教士艾约瑟(1823—1905年),艾约瑟也是位科学家。几何是度量之学,力学为权衡(轻重)之学。过去,西方以权衡之学制器具,以度量之学考天象;而现在呢,不论制器具、考天象,都要用到力学了,所以力学是现代科学中一门非常重要的学问。西方关于力学方面的著作很多,其中有的写得简明扼要。艾约瑟问李善兰,是否愿意把力学书译成中文出版?在李善兰看来,西方国家之强盛在于“制器精”,而“制器精”则是与力学和数学分不开的。所以,中国将来要制器,要发展,现在除了译介数学之外,也要译介力学。他答应艾约瑟进行合作。这一时期,李善兰在翻译《几何原本》的同时,又翻译了力学著作《重学》。经过努力,二书同时译完。李善兰为二书作了序。在20卷《重学》之后,附有李善兰和艾约瑟合译的《圆锥曲线说》,介绍抛物线、椭圆、双曲线的综合几何学。

李善兰与伟烈亚力合译的《代微积拾级》18卷。这是一部介绍解析几何和微积分的重要著作,作者是美国数学家罗密士。在翻译此书时,李善兰创造了“微分”、“积分”两个数学名词。李善兰说,这部书先讲代数,后讲微分,再讲积分,由易到难,好像逐级上升,因此取名《代微积拾级》。在此书出版之前,从明代以来所译的西方数学著作,均限于初等数学,而李善兰与伟烈亚力的译著,已经包含了变量数学的内容,这对中国数学的发展,具有重要的推动作用。

李善兰与伟烈亚力还合译了《代数学》13卷。这是一部介绍西方符号代数学的数学著作,原作者是英国著名数学家棣么甘。西方近代代数学从此被引进中国。值得一提的是,中文“代数”这个词也是李善兰创造的。

他们还合译了当时西方天文学的名著《谈天》,此书作者赫歇尔是英国著名的天文学家,在学术上很有影响。李善兰所译此书,文笔十分流畅优美,直到20世纪40年代,还被列为“汉译世界名著”,由商务印书馆继续刊行。

李善兰在引进西方著作时,首创了许多汉语数学名词,这也是他对中国数学领域的重大贡献。他首创的汉语数学名词,得到后人的确认与好评。这些名词有:代数学中的代数、函数、常数、变数、系数、未知数、虚数、方程式等约30个;解析几何中的原点、切线、法线、摆线、螺线、圆锥曲线、抛物线、双曲线、渐近线等20多个;微积分中的微分、积分、无穷、极限、曲率等近20个;以及几何学中的60多个。这些名词贴切、准确,一直沿用至今。

李善兰在译介西方数学中取得重大成就,与他本身所具有的学术造诣是分不开的。他自己写的著作多达13种24卷,如有:《方圆阐幽》、《弧矢启秘》、《对数探原》、《垛积比类》、《四元解》、《麟德术解》、《椭圆正术解》、《椭圆新术》、《椭圆拾遗》、《火器真诀》、《对数尖锥变法解》、《级数回求》、《天算或问》等。以上是编入《则古昔斋算学》这部集子里的。此外,还有3种未编入:《九容图表》、《考数根法》、《级数勾股》。

李善兰的著述不仅数量多,在学术水平上也有较高质量。例如在《方圆阐幽》中,他创造了一种用尖锥的面积来表示xn的“尖锥术”,使得许多种数学问题可以通过求诸尖锥之和的方法获得解决。李善兰的“尖锥术”实际上已经得出了有关定积分的公式,而这项成果是在他着手翻译阐述微积分内容的《代微积拾级》之前取得的,并且他还能用求圆的面积作为例子来说明“尖锥术”的应用。这意味着,中国数学也将会通过自己特殊的途径,运用独特的思想方式达到微积分,从而完成由初等数学到高等数学的转变。

通过翻译西方数学著作,对提高李善兰的数学水平也大有益处。他后期的著作,能会通中西方数学思想,体现出本质上是相同的中西方法殊途同归。在1872年完成的《考数根法》中,他证明了著名的费尔马定理,并且指出它的逆命题不真。而他所创立的“李善兰恒等式”,则成为后来中外数学家用现代数学方法加以证明的兴趣课题。

消防

一天,数学家觉得自己已受够了数学,于是他跑到消防队去宣布他想当消防员。消防队长说:“您看上去不错,可是我得先给您一个测试。”

消防队长带数学家到消防队后院小巷,巷子里有一个货栈,一只消防栓和一卷软管。消防队长问:“假设货栈起火,您怎么办?”

数学家回答:“我把消防栓接到软管上,打开水龙,把火浇灭。”

消防队长说:“完全正确!最后一个问题:假设您走进小巷,而货栈没有起火,您怎么办?”

数学家疑惑地思索了半天,终于答道:“我就把货栈点着。”

消防队长大叫起来:“什么?太可怕了!您为什么要把货栈点着?”

数学家回答:“这样我就把问题化简为一个我已经解决过的问题了。”

家的感觉

数学家认为数学的组成是:50%公式,50%证明,50%想象力。

拓扑学家不能区分咖啡杯与面包圈。

统计学家的头在烤炉脚在寒冰时,会说:“平均感觉是良好的。”

方程

工程师认为自己的方程与现实很接近。

物理学家认为现实与自己的方程很接近。

数学家根本不在乎。

面积

一位农夫请了工程师、物理学家和数学家来,想用最少的篱笆围出最大的面积。

工程师用篱笆围出一个圆,宣称这是最优设计。

物理学家将篱笆拉开成一条长长的直线,假设篱笆有无限长,认为围起半个地球总够大了。

数学家好好嘲笑了他们一番。

他用很少的篱笆把自己围起来,然后说:“我现在是在外面。”

着火

工程师、化学家和数学家住在一家老客栈的三个相邻房间里。当晚先是工程师的咖啡机着了火,他嗅到烟味醒来,拔出咖啡机的电插头,将之扔出窗外,然后接着睡觉。

过一会儿化学家也嗅到烟味醒来,他发现原来是烟头燃着了垃圾桶。他自言自语道:“怎样灭火呢?应该把燃料温度降低到燃点以下,把燃烧物与氧气隔离。浇水可以同时做到这两点。”于是他把垃圾桶拖进浴室,打开水龙头浇灭了火,就回去接着睡觉。

数学家在窗外看到了这一切,所以,当过了一会儿他发现他的烟灰燃着了床单时,他可一点儿也不担心,说:“嗨,解是存在的!”就接着睡觉了。

当统计学家遇到数学家

一名统计学家遇到一位数学家,统计学家调侃数学家说道:

“你们不是说若X=Y且Y=Z,则X=Z吗?那么想必你若是喜欢一个女孩,那么那个女孩喜欢的男生你也会喜欢?”

数学家想了一下反问道:

“那么,你把左手放到一锅一百度的开水中,右手放到一锅零度的冰水里,想来也没事吧!因为它们平均不过是五十度而已!”