偉大的物理學(xué)家愛因斯坦在《自述》中曾這樣回憶道:“在我12歲時(shí),我經(jīng)歷了另一種性質(zhì)完全不同的驚奇:這是在一個(gè)學(xué)年開始時(shí),當(dāng)我得到一本關(guān)于歐幾里得平面幾何的小書時(shí)所經(jīng)歷的。這本書里有許多斷言,比如,三角形的三個(gè)高交于一點(diǎn),它們本身雖然并不是顯而易見的,但是可以很可靠地加以證明,以致任何懷疑似乎都不可能。這種明晰性和可靠性給我造成了一種難以形容的印象!矣浀迷谶@本神圣的幾何學(xué)小書到我手中以前,有位叔叔曾經(jīng)把畢達(dá)哥拉斯定理告訴了我。經(jīng)過(guò)艱巨的努力以后,我根據(jù)三角形的相似性成功地‘證明了’這條定理!瓕(duì)于第一次經(jīng)驗(yàn)到它的人來(lái)說(shuō),在純粹思維中竟能達(dá)到如此可靠而又純粹的程度,就像希臘人在幾何學(xué)中第一次告訴我們的那樣,是足夠令人驚訝的了。”(《愛因斯坦文集(第一卷)》)
面對(duì)幾何世界這筆豐厚的遺產(chǎn),難怪H·G·弗德會(huì)說(shuō)出這樣的話:“誰(shuí)看不起歐氏幾何,誰(shuí)就好比是從國(guó)外回來(lái)看不起自己的家鄉(xiāng)!
幾何學(xué)歷史悠久,早在古希臘時(shí)代就逐漸形成一門獨(dú)立的學(xué)科,無(wú)論在實(shí)際材料方面,還是在某些理論基礎(chǔ)的奠定方面,都得到了光輝的發(fā)展。古代希臘的許多數(shù)學(xué)家,如泰勒斯(約公元前640-546年)、畢達(dá)哥拉斯(約公元前582-493年)、希波克拉底(約公元前430年)、柏拉圖(約公元前427-347年)、歐幾里得(約公元前330-275年)諸人,對(duì)幾何學(xué)都有莫大的功績(jī)。歐幾里得搜集當(dāng)時(shí)所有已知的初等幾何材料(包括他自己的發(fā)現(xiàn)),按照嚴(yán)密的邏輯系統(tǒng),編成《幾何原本》十三卷,后世譽(yù)為幾何學(xué)的杰作。
幾何學(xué)內(nèi)容豐富。美國(guó)數(shù)學(xué)家E·T·貝爾說(shuō)過(guò):“幾何學(xué)的浩瀚的文獻(xiàn)比算術(shù)和代數(shù)的加在一起還要多,其廣泛的程度至少和分析的文獻(xiàn)相當(dāng),這是比數(shù)學(xué)的其他部門更有意思的、然而是半遺忘的東西組成的豐富的寶庫(kù),但是匆忙的一代人無(wú)暇去欣賞它。”整個(gè)歐氏幾何確實(shí)像是一座豐厚的寶藏,經(jīng)過(guò)兩千多年的采掘,大部分菁華已經(jīng)落入人類的手中。到了19世紀(jì)后半葉,又涌現(xiàn)出了一大批瑰寶,發(fā)現(xiàn)了數(shù)以百計(jì)的新定理,形成了所謂的近代歐氏幾何學(xué),像Torricelli-Fermat點(diǎn),Nagal點(diǎn),Gergonne點(diǎn),Brocard點(diǎn)和圓,Lemoine點(diǎn)和圓,九點(diǎn)圓,Euler線,Steiner點(diǎn)之類的獨(dú)特對(duì)象都得到了深入的探索和研究。正如M·克萊因在《古今數(shù)學(xué)思想》中所指出的:“這些成果,或許重要性不大,然而顯示出這門古老學(xué)科的新的主題和幾乎無(wú)窮無(wú)盡的豐富多彩!
然而,數(shù)學(xué)也與服裝一樣,講究時(shí)尚!20世紀(jì)的幾何學(xué)家早就虔誠(chéng)地把這些珍品送進(jìn)了幾何博物館,歷史的塵埃很快地把這些珍品的光澤湮沒”(《數(shù)學(xué)的發(fā)展》,第323頁(yè))。隨著時(shí)間的推移,幾何在上個(gè)世紀(jì)的發(fā)展遭受挫折,曾一度步入低谷。布爾巴基學(xué)派的代表人物之一狄多涅,在《我們應(yīng)該講授新數(shù)學(xué)嗎?》一文中提出過(guò)“歐幾里得滾蛋”的說(shuō)法,試圖推倒歐氏幾何在數(shù)學(xué)課程中的基礎(chǔ)地位,其影響波及面廣,以致在一些西方國(guó)家課程改革中歐氏幾何體系不復(fù)存在,而被其它的一些結(jié)構(gòu)觀念所取代。但他的主張當(dāng)即就遭到許多人的非議,引起了激烈的爭(zhēng)論。法國(guó)數(shù)學(xué)家托姆(突變理論的創(chuàng)始人,拓?fù)鋵W(xué)家,菲爾茲獎(jiǎng)獲得者)認(rèn)為“幾何思維可說(shuō)是人類理性活動(dòng)的正常發(fā)展中不能省略的階段”,并建議恢復(fù)歐氏幾何體系的教學(xué)。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)來(lái)的實(shí)踐和反思,人們對(duì)此有了重新認(rèn)識(shí)。1995年《美國(guó)數(shù)學(xué)月刊》刊出了“三角形幾何學(xué)的興起、衰落和可能的東山再起:微型歷史”一文,全面分析了“一個(gè)被歷史的塵埃和灰燼所掩埋的科目能夠東山再起嗎?”這一饒有意趣的議題,并得出了正面的回答。
作者堅(jiān)信:三角形幾何過(guò)去是為歐幾里得精神作證明的實(shí)踐的基地,如今已變成了決定性、證明和發(fā)現(xiàn)定理策略的實(shí)驗(yàn)基地。由計(jì)算機(jī)帶來(lái)的三角形幾何的變革,以及其它領(lǐng)域中的這種變革,已經(jīng)重新證實(shí)和加強(qiáng)了人類在“做數(shù)學(xué)”美妙活動(dòng)中的根本作用。
1998年美國(guó)科學(xué)年會(huì)上,學(xué)者們一致認(rèn)為21世紀(jì)的教育應(yīng)把幾何學(xué)放在頭等重要的地位。硅谷的馬克斯韋爾等人甚至喊出“幾何學(xué)萬(wàn)歲”的口號(hào)。與會(huì)科學(xué)家和教育學(xué)家大都認(rèn)為,21世紀(jì)教育的一個(gè)重要原則是,學(xué)校傳授給下一代的將不只是知識(shí),更重要的是技能。幾何學(xué)具有較強(qiáng)的直觀效果,有助于提高學(xué)生認(rèn)識(shí)事物的能力,應(yīng)當(dāng)成為自然科學(xué)教育大綱中的首選和重點(diǎn)內(nèi)容。由美國(guó)N·Jackiw等人編制的《幾何畫板》正是順應(yīng)這種需要而設(shè)計(jì)出的一種軟件,它具有獨(dú)到的設(shè)計(jì)思想和強(qiáng)大功能,已成為探索幾何學(xué)奧秘的強(qiáng)有力的輔助工具。
《幾何畫板》的精彩之處在于它是一個(gè)動(dòng)態(tài)的幾何學(xué)環(huán)境,利用其動(dòng)態(tài)幾何功能,可以隨意改變一個(gè)圖形的形狀,并仍保持原來(lái)的幾何關(guān)系。隨著圖形的拖動(dòng),已構(gòu)建的幾何關(guān)系變得極為直觀,能更容易地揭示出蘊(yùn)藏在特殊圖形背后的一般規(guī)律,發(fā)現(xiàn)幾何關(guān)系將變得多么令人興奮!《幾何畫板》還提供了豐富而方便的創(chuàng)造功能,通過(guò)編寫畫板和腳本,可以方便地驗(yàn)證一些新的幾何猜測(cè),隨心所欲地編寫出自己需要的范例,使幾何的優(yōu)雅得到最為完美的表現(xiàn)。毫不夸張地說(shuō),這是目前所能見到的最出色的教學(xué)軟件之一,或許可以稱為偉大的教學(xué)軟件。它的出現(xiàn),無(wú)疑會(huì)推動(dòng)幾何的復(fù)興,重新喚起人們對(duì)幾何學(xué)知識(shí)的探索熱情。
在這樣的形勢(shì)下,數(shù)學(xué)家單士尊先生經(jīng)過(guò)艱辛的素材搜集,創(chuàng)作出了《平面幾何中的小花》一書,即將在2001年度出版。它通過(guò)很多豐富的示例,把讀者帶入到令人眼花繚亂的幾何世界中,任你隨意漫游。全書共有一百余個(gè)小標(biāo)題,擷取了平面幾何中若干朵小花,供大家欣賞,其中既有我們近期遇到的問(wèn)題,也有著名的經(jīng)典結(jié)果。各節(jié)之間沒有特別緊密的聯(lián)系,而且每節(jié)都不太長(zhǎng),中學(xué)生讀來(lái)并不困難。
它連同還在撰述中的《平面幾何中的小草》一起,將幾何學(xué)輝煌的昨日顯示給人看;它告訴我們,數(shù)學(xué)是一門博大精深的學(xué)問(wèn),學(xué)習(xí)它的最好方法是自己去發(fā)現(xiàn)它;如果淺嘗輒止,就不能深刻體會(huì)數(shù)學(xué)中的樂趣所在;唯有對(duì)美的執(zhí)著追求,才會(huì)把自己帶入到“奇?zhèn)、瑰怪、非!钡男戮辰纭?/p>
它還啟示我們,為什么有必要不時(shí)地重溫昔日的成就,為什么必須對(duì)舊有的知識(shí)成果不斷加以再現(xiàn)和整理。這是因?yàn)閿?shù)學(xué)的目的,就是用簡(jiǎn)單而基本的詞匯去盡可能多地解釋世界,如果我們積累起來(lái)的經(jīng)驗(yàn)要一代一代傳下去的話,我們就必須不斷地努力地把它們加以簡(jiǎn)化和統(tǒng)一。拋棄傳統(tǒng),就會(huì)斷絕未來(lái)。繼往開來(lái),才能發(fā)揚(yáng)光大。
愿幾何世界中的這些瑤草瓊花迎風(fēng)綻放,來(lái)點(diǎn)綴美麗紛芳的數(shù)學(xué)百花園。
最后,讓我們且以本書作者單士尊先生的一首小詩(shī)來(lái)作為全文的結(jié)尾:“數(shù)學(xué)花園大,幾何算一家。春日興致好,請(qǐng)來(lái)看小花。學(xué)海無(wú)涯樂作舟,逍遙自在任我游。已覺此處景物好,更有好景在前頭!
(《平面幾何中的小花》即將由上海教育出版社出版)
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