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初數史話

生活 更新时间:2024-07-20 07:25:04

伽利略說:“給我空間時間及對數,我就可以創造一個宇宙。”

拉普拉斯贊譽道:“對數的發明,以其節省勞力,而延長了天文學家的壽命。”

恩格斯曾經把對數的發明和解析幾何的創始微積分的建立成為17世紀數學的三大成就。

現在讓我們把鏡頭對準對數的發明者--蘇格蘭人納皮爾。納皮爾于1550年出生于蘇格蘭愛丁堡附近一個叫做曼徹斯通城堡的小鎮。是這個城堡的第8代地主,真是有房有地又有田,從小生活樂無邊,所以納皮爾沒有過正式的職業,因為人家根本不需要。

歐洲掀起宗教革命時,蘇格蘭轉向新教,納皮爾成了寫文章攻擊舊教的急先鋒。其時傳出西班牙要來攻打蘇格蘭,要保家衛國的納皮爾就研究兵器準備與西班牙拼命。結果兵器還沒制成,英國就已經把西班牙的無敵艦隊擊垮了,但是納皮爾還是成了英雄人物。

納皮爾是一位讓人印象深刻的人,他個子很高,經常穿一件黑色的長袍,給人一種智者的形象。他從愛丁堡外出時,經常帶着一隻黑色的公雞,許多人懷疑他把這隻公雞用于巫術。

有一次納皮爾懷疑他的一名仆人有偷竊的行為。于是他要求所有仆人到一個密閉的房間裡,并告訴他們那隻神奇的黑色公雞就在房間裡。他要求所有仆人輪流進屋去抓這隻公雞,然後放了雞離開房間,公雞的神力會觀察出哪個仆人是小偷。有盜竊行為的仆人很快被抓了出來。當然不是這隻公雞有神力,事實上,納皮爾事先在公雞身上撒了一些煙灰。有偷盜行為的仆人不敢抱這隻神奇的公雞,因此白淨的雙手就暴露出了他的身份。(這個故事有沒有很熟悉的感覺?)

講完了主人公的故事,讓我們回歸主題。 從16世紀開始,由于天文和航海計算的強烈需要,天文學家們愁白了頭發揪光了胡子。為什麼?計算量太大了,大數乘法讓最頂級的天文學家也心生懼意。我們随便舉個例子,地球與太陽的平均距離R=1.496×10的11次方m。地球公轉周期T=3.156×10的7次方,試根據萬有引力和牛頓運動定律公式求太陽的質量。怎麼樣感覺是不是有點怕怕?

為了解決這些複雜的數值運算,數學家們自然希望将乘除法歸結為簡單的加減法,這種設想受到人們所熟悉的三角公式積化和差的啟示。納皮爾經過苦苦的研究,運用了獨特的方法,構造出對數方法,而解決了球面三角計算的簡便方法。1614年他出版了一本著作,名為《奇妙對數規則的說明》。他把對數起名為“ Logarithmorum”,“logos”意思為“理性”,“arithmos”意思為“數”。據說當時科學界欣喜若狂,不少人激動之情溢于言表,甚至有人長途跋涉跑來見納皮爾隻為了表達感謝之情,納皮爾的聲望也達到了頂峰。

初數史話(對數史話)1

為了紀念納皮爾,英國于1964年設立了愛丁堡龍比亞大學。校名以其姓氏命名,其出生的城堡現為愛丁堡龍比亞大學校園的一部分。(約翰.納皮爾,又譯作約翰.龍比亞)。

對數的實用價值很快為納皮爾的朋友倫敦格雷沙姆學院幾何學教授布裡格斯所認識。他與納皮爾合作,獲得了今天所謂的“常用對數”。1624年在其著作《對數運算》裡公布了以10為底的14為常用對數表。

瑞士儀器工匠比爾吉于1600年也獨立地發明了對數方法以簡化天文計算。不過它的發明直至1620年才得到發表。

根據對數運算的原理,人們還發明了對數計算尺。這種神奇的計算工具是每一位科學工作者,特别是工程技術人員必備的家夥,直到20世紀70年代才讓位給電子計算器。

從以上對數的發明過程我們可以發現納皮爾在讨論對數概念時,并沒有使用指數與對數的互逆關系。這是因為當時還沒有明确的指數概念。因為1637年,法國數學家笛卡爾才開始使用指數符号。直到18世紀,瑞士數學家歐拉發現了指數與對數的互逆關系。首次指出“對數源于指數”。但對數的發明卻先于指數,這也算是數學史上的一大珍聞了。

在數學史上,任何一個概念的發現都經曆了一個曲折的過程,其中充滿着數學家的想象力,創造力和不屈不撓精益求真的精神。

如何将數學史融入中小學的數學教育中,是我們每一個數學教育工作者需要思考的課題。數學史在數學課堂中的融入方式也可以是多種多樣的,相關的網絡資源也十分豐富。通過數學史的介紹,可以營造不一樣的數學課堂,改變學生,也改變老師。

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