【数学大咖】伟大的数学家——阿基米德

荀子实验小学
创建于04-17
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  • 世界上最伟大的数学家

       阿基米德(公元前287年—公元前212年),伟大的古希腊哲学家、百科式科学家、数学家、物理学家、力学家,静态力学和流体静力学的奠基人,并且享有“力学之父”的美称,阿基米德和高斯、牛顿并列为世界三大数学家。 阿基米德曾说过:“给我一个支点,我就能撬起整个地球。”

       阿基米德确立了静力学和流体静力学的基本原理。给出许多求几何图形重心,包括由一抛物线和其网平行弦线所围成图形的重心的方法。阿基米德证明物体在液体中所受浮力等于它所排开液体的重量,这一结果后被称为“阿基米德原理”。阿基米德对数学领域产生了深远的影响。他在几何、物理和工程领域的创新思想,为现代科学的发展奠定了基础。

  • 阿基米德对数学的贡献

       阿基米德在数学上也有着极为光辉灿烂的成就,特别是在几何学方面,为社会进步和人类发展做出了不可磨灭的影响。

       1.微积分

阿基米德的数学思想中蕴涵微积分,阿基米德的《方法论》中已经“十分接近现代微积分”,这里有对数学上“无穷”的超前研究,贯穿全篇的则是如何将数学模型进行物理上的应用。他所缺的是没有极限概念,但其思想实质却伸展到17世纪趋于成熟的无穷小分析领域里去,预告了微积分的诞生。

       如图所示,阿基米德用来计算弦AB围成的面积的结构被展示出来。他构建三个三角形,即ΔABC、ΔADC和ΔCEB:

       他首先找到了点C,其中切线平行于边界弦AB。同样地,D的切线平行于AC。E点和BC的选择遵循同样的规则。然后他对尚未包含内接三角形的区域采取相同的步骤。然后他无限地重复这个过程(这被称为穷竭法)。

       阿基米德将欧几里德提出的趋近观念作了有效的运用。他利用“逼近法”算出球面积、球体积、抛物线、椭圆面积,后世的数学家依据这样的“逼近法”加以发展成近代的“微积分”。

       2.螺旋形曲线

       阿基米德螺线是一种在极坐标中表示的曲线,随着角度的增加,半径以恒定速度增加。它的描述形式为:一个点匀速离开一个固定点的同时又以固定的角速度绕该固定点转动而产生的轨迹。

       现今的“阿基米德螺线”曲线,就是因为纪念他而命名。另外他在《数沙者》一书中,他创造了一套记大数的方法,简化了记数的方式。

       3.几何图形

       阿基米德创造了计算圆面积的方法。他证明了圆的面积等于其直径与周长的一半的乘积,从而为计算圆形对象的面积提供了准确的方法。他还研究了圆柱和圆锥的体积,发现圆锥的体积是相同底面积和高的圆柱体积的三分之一。

       阿基米德从单位圆出发,先用内接正六边形求出圆周率的下界为3,再用外接正六边形并借助勾股定理求出圆周率的上界小于4。接着,他对内接正六边形和外接正六边形的边数分别加倍,将它们分别变成内接正12边形和外接正12边形,再借助勾股定理改进圆周率的下界和上界。他逐步对内接正多边形和外接正多边形的边数加倍,直到内接正96边形和外接正96边形为止。最后,阿基米德使用多边形逼近的方法来计算圆周率π的值,提供了π的一个非常接近的估计值,并取它们的平均值3.141851为圆周率的近似值。

趣味故事——测皇冠

       相传叙拉古的海厄罗国王委托工匠做了一顶纯金的王冠,工匠做好后国王却疑心王冠并非纯金,怀疑工匠私吞了黄金,但又不可能把王冠割开来检验,于是便请阿基米德来鉴定。起初阿基米德也毫无头绪,一天他洗澡时正冥思苦想,看到水溢到了盆外,突然悟到:不同质料的物体,虽然重量相同,但体积不同的话,排去的水肯定也不相同。依照这个道理,就能判断王冠是否掺假了。一想到这里,阿基米德高兴得跳起来,顾不得穿上衣服,赤裸着奔回家中,口中还不停地大喊:“尤里卡!尤里卡!(我发现了)”就这样,他发明了著名的阿基米德浮力定律。

经典语录

       给我一个支点,我就能撬起整个地球

       阿基米德在几何、物理和工程领域的创新思想,为现代科学的发展奠定了基础。 特别是他的方法和思维过程,展示了数学作为一种解决实际问题和理解物理世界的工具。他的故事和理论成为了启发后世科学家和数学家的源泉。 

       贝尔曾说:“任何一张列出有史以来三个最伟大的数学家的名单中,必定包括阿基米德。”被誉为“数学之神”的阿基米德虽然未能用杠杆移动地球,但他的科学发现确实推动了社会的进步,他在叙拉古卫国战争中表现的强烈爱国精神,以及他对科学执着的追求、至死不渝的品质,一直为后人所称道。

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