来源:几何原本PDF发布用户:网络洗衣粉更新时间:2021-08-31 20:04:27
《几何原理》也称《几何原本》[Elements]由希腊数学家欧几里得[Euclid,公元前300年前后]所着,是用公理方法建立演绎数学体系的最早典范.是至今流传最广、影响最大的一部世界数学名著.
快半年的时间大致上把这本书的证明都过了一遍,有读读就算了的,也有自己另辟蹊径的,也有顺着Euclid思路认真做demonstration的。前四本书的小总结春假写过了,后九章节的大体再挑几个重要的点记录一下。
从Book V开始进入变态章节,用语言证明比例(ratio)的存在和成立。在这一章节的证明中,tutor很认真的要求所有人避免使用代数(algebra)的计算,不能用数字简单的代替字母,于是就把很简单的人人都知道的定理展现的非常绕,譬如比例中内项之积等于外项之积,要证明为什么就是件很纠结的事情。另外这本书中Euclid也有些很奇葩的思路,好奇的人可以翻一翻Prop9 of Book V,看完了之后只想说WTF......
Book VI 是比例(ratio)与几何图形之间的联系,可以说是把一维线状关系延伸到二维图形的应用。Book VII 才正式引入数字(number)的存在。关于Book V和Book VII,比例和数字谁先谁后的顺序问题,专门写了一篇论文论述,同时实验课上学Boyle's law时帮我理清了思路,放个链接,不赘述。
总之,比例是物与物之间真正的联系,数字是人所习惯使用的一种表达,也是一个比例的代表(representation of ratio)。当数字引入的之后,基本的乘法法则在这里得到了证明,我们知道A*B=B*A,这也是Euclid在一维当中证出来的(prop16)。
BookVIII-BookXII,跳着读的比较厉害,挑个有意思的地方记录下:
1, Book X中其实有了无理数的苗头了,Euclid给了数字定义,并且论述了关于合数、素数等的关系,当他提到二维可以commensurable,一维则不行的时候,这就是无理数的开端。这个地方可以参阅Book X, Prop9的Porism。
2, Book XI definition 2: An extremity of a solid is a surface. Tutor冷不丁问了一句:最少多少个三角形可以构成一个几何体(how many triangles in minimum could make a solid? )开始觉得这问题怪怪的,两个三角形不就行了吗,叠加之后不就有了深度(depth),然后是一个几何体(solid)么。tutor说不,我看不到深度(depth),这不算。他的意思是至少四个三角形构成四面体的时候,才能说是几何体(solid),而这个solid的每个extremity都是一个平面(surface)。其实这句话也是BookI中关于点线面的概念延伸,由二维到三维的一个开端。
Book XIII的证明都偏长,动不动就2-3pages一道证明题,而前面的证明都是为了给全书最后一个证明铺路,虽然读到最后我也没明白全书最后一个证明的意义在哪里。而且最后一个证明明明是一个构建(construction),但最后的标注是QED而不是QEF,还是没想明白,留个悬疑在这里。
学完Euclid,最大的感慨应该是:不要相信肉眼所见,所见未必真实。就算你看着三个点在一条直线,两个图形在一个平面,那也不行,要一步一步严谨的证明出来。而我们所见是给我们智识(intelligence)提供的一个线索(hint),它给我们思想的火花,让我们思考、证明、结论。
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