数学被认为是“宇宙的通用语言”。而且,任何现代科学学科的建立标志都是它采用数学的公理化体系(开始于欧几里得几何)建立一个逻辑自洽的、符合观测事实的综合体系。看到数学有多么重要了吧!
不过,数学最重要的可不是刷题,而是培养良好的思维习惯。比如,知道无穷大并不是很大的一个数字、而是一种无限变大的趋势,就容易理解更宏大的概念;又比如,理解概率是未知事件发生的一种可以计算的可能性,能帮你做出更好的判断等等。希望大家能培养“化繁为简”“直击本质”的数学思维并受益终身,而不是考完试就把数学抛至脑后。虽然刷难题、考高分可能只适合少数人,但数学思维可是人人都能受用的。
按出生先后顺序,下面这10位最伟大的数学家闪耀在我们的文明史上:
* 毕达哥拉斯(约580BC-500BC)
这位希腊数学鼻祖发现了“毕达哥拉斯定理”,即直角三角形两条直角边的平方和等于斜边的平方,用数学公式表示为a²+b²=c²。这个定理导致了“第一次数学危机”,直到后来确立“无理数”的概念。据说,毕达哥拉斯的学生希帕苏斯因为"√2"而当作魔鬼被淹死了。古美索不达米亚、古埃及、古中国也发现了很多组具体的勾股数,但是毕达哥拉斯第一个总结出了理论。
毕达哥拉斯还发现了“黄金分割”,切分线段为长线段a、短线段b形成黄金比例,用数学公式表示为a:b=(a+b):a。
毕达哥拉斯也为数论奠定了基础,将自然数分为奇数、偶数、质数、平方数等。
* 欧几里德(约330BC-275BC)
欧几里得这位希腊天才被誉为“几何之父”,他的《几何原本》为平面几何学(又称欧氏几何)和数学奠定了基础。这本书还首次使用了“公理化方法”,成为日后建立新学科体系的经典范例。公理化方法的概念是从尽可能少的公理中推导出尽可能多的命题。
通过类似的公理化方法,通过与欧氏几何不同的第5公理假设,黎曼几何(RG)和罗氏几何(LG)在19世纪被提出,并在20世纪以后获得了广泛应用。
* 阿基米德(287BC-212BC)
阿基米德出生在西西里岛(一个当时由希腊人殖民开发的岛屿,现在属于意大利)的时候,希腊文明正在下滑,而接力希腊的罗马文明正在崛起。他曾留学亚历山大城(当时属于希腊世界,现在位于埃及),并师从欧几里德。
阿基米德使用“无限近似”方法计算出了球、抛物线和椭圆的面积。后来,牛顿和莱布尼茨等数学家正是从无限近似法中收到启发,发展出了微积分。
阿基米德用无限切割圆形方法,算出“圆周率”Pi(π)在3.141和3.142之间。
除了数学成就,阿基米德还是一位科学家(发现了杠杆和浮力原理)。
* 阿尔·花剌子模(约780-850)
被誉为“代数之父”的阿尔·花剌子模是位出生于中亚地区的波斯数学家(他的出生地现在位于塔吉克斯坦),连出生年份都无法确定,却是中世纪难得的数学家。他的《算术》一书对世界普及“十进制”起了重大作用。他的《代数学》一书提到的“代数”和“算法”都成了日后的专有名词。就连起源于印度的所谓“阿拉伯数字”(1-9和0),也是通过他的著作传入欧洲的。
花剌子模可能是历史上世界级最伟大数学家之列的唯一非欧洲人。
* 勒内·笛卡尔 (1596-1650)
法国天才笛卡尔被誉为“解析几何之父”,他通过“笛卡尔坐标系”,将几何学与代数联系了起来。笛卡尔不仅是位数学家,而且是伟大的哲学家和科学家,有句“我思故我在!”
笛卡尔在他的著名著作《方法论》中提出,人们不应该相信任何未经验证的理论,应该把复杂问题分解成小问题以便于研究。这种方法论对西方的思想和科学研究方法有重大影响。
* 皮耶·德·费马 (1601-1665)
素有“业余数学家之王”之称的这位法国律师,堪称伟大的数学家之一。在和帕斯卡的一系列信件中,概率被首次提出。费马的研究为解析几何、微积分和概率都做出了重大贡献,而他最大的贡献在于数论。他断言当整数n >2时,关于x, y, z的方程 x^n + y^n = z^n 没有正整数解。这就是“费马大定理”,直到1995年才被正式证明(由英国数学家安德鲁·威尔斯)。
* 艾萨克·牛顿 (1643-1727)
牛顿既是一位伟大的科学家,也是一位伟大的数学家。他创立了微积分,使得人们可以利用这一数学工具探索无穷变量。关于微积分的发现,数学家争论了好多年,主流觉得是牛顿和莱布尼茨各自独立研究的,牛顿发现稍早点儿,莱布尼茨更细致且出版早。
天才归天才,用现在的流行语,牛顿可能是个爱“怼人”的“杠精”。虽然有哈雷这么一位好友,牛顿却有好多位对头:因为引力和光学狂怼英国皇家学会同事胡克,为了擅自使用天文观测数据大怼格林威治天文台台长弗拉姆斯提德,为了微积分发现权怒怼莱布尼茨。此外,关于他被一个树上掉落的苹果砸过头的故事,可能只是一个传说。
* 波恩哈德·黎曼 (1826-1866)
黎曼这位德国数学家不仅创立了与经典欧式几何不同的“黎曼几何”,还提出了著名的“黎曼猜想”(迄今尚未得到完全证明)。
黎曼猜想和费马大定理,被认为与物理学中试图将相对论和量子力学融合的“M理论”有关系。
* 约翰·冯·诺伊曼 (1903-1957)
诺依曼这位出生于匈牙利的美国数学家,与艾伦·图灵和克劳德·香农一起,是存储程序数字计算机的概念发明者之一,信息产业革命的奠基者。
他又称“博弈论之父”,他不仅开创了博弈论,而且影响了量子理论、自动机理论和经济学。
* 艾伦·图灵 (1912-1954)
图灵这位被称为“计算机科学之父”的英国天才,制造了盟军在二战期间破译德国恩尼格玛密码的首台计算机。
作为“人工智能之父”,他提出了“图灵测试”,力图通过一系列由人与机器分别回答的问题来判断机器是否具有真正的智能。
在最著名的数学猜想中,“费马大定理”和“哥德巴赫弱猜想”已经得到证明(前者1995年被英国数学家安德鲁·威尔斯证明,后者2013年被法国数学家哈拉尔德·赫尔夫戈特证明),但“黎曼猜想”和“哥德巴赫强猜想”仍然拦在数学家们面前。
数学是这个宇宙的终极语言。数学规律,在被发现之前可能是个谜,可一旦被发现就成为我们最好的工具。探索可能没有尽头,但发现的越多,我们就会越聪明。
最后,让我们再次聆听德国数学家希尔伯特在1900年提出著名“23个数学问题”时的呐喊:“我们必须知道!我们必将知道!(We must know! We will know!)”
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