1.圓周率之父祖衝之
著名的圓周率之父,祖衝之是南北朝的一位傑出科學家。他不僅是一位傑出的數學家,而且還廣泛涉及了天文曆法、機械製造、音樂等領域,是一個不可多得的全能型人才。
祖衝之,字文遠,祖籍是古代的範陽郡遒縣也就是今天的河北淶源。公元429年祖衝之生於建康也就是現在的江蘇南京的一個官宦人家,盡管他的原籍在北方,但他的幾代祖先都在江南做官且通曉曆法。其祖父掌管土木工程建築,父親也學識淵博,所以他從小就有機會接受家傳科學知識,青年時代進入專門研究學術的華林學省學習研究。祖衝之曾作過州從事史,公府參軍,縣令,最高官至長水校尉,享受著四品官員的俸祿,公元500年去世,享年71歲。
身為中國古代偉大的數學家和天文學家,祖衝之有很多的生平著作,內容也涉及了很多的方麵。但令人遺憾的是,他數學方麵的論著,均已不幸失傳。在曆代國內外的各種圖書目錄中,可以見到他所寫的數學著作的書名有“綴術”6卷,“九章算術義注”9卷,“重差注”1卷。在天文曆法方麵,他編製成《大明曆》,並為大明曆寫了“駁議”。在古代典籍的注釋方麵,祖衝之有,《易義》、《老子義》、,《莊子易》、《釋論語》、《釋孝經》等著作,但亦均已失傳。他文學作品方麵的《述異記》10卷,有部分片段被收藏在《太平禦覽》等書中。
青年時期的祖衝之已經表現出了對天文學和數學的極大興趣與天分。他把自古至他生活時代的各種有關數學及天文的文獻、記錄、資料等幾乎都搜羅來進行學習研究,並且親自進行精密的測量和仔細的推算。他曾如此描述自己的學習研究狀態:“親量圭尺,躬察儀漏,目盡毫厘,心窮籌策”。他對劉歆、張衡、鄭玄、闞譯、王番、劉徽等科學家的工作進行了仔細研究,並一一駁正了他們的錯誤,總結出了許多極有價值的結果,眾所周知的圓周率就是他研究成果的最好證明。
在古代,世界各地的人們最早使用的圓周率都是3。中國也不例外,這一誤差很大的數值一直沿用到漢代。漢代以後,不少科學家對圓周率的改進都作了一定的工作,最為著名的是魏晉時期的數學家劉徽,他以他的“割圓術”把圓周率延伸到3.14,為中國的數學發展史添上了濃重的一筆。而後來祖衝之在數學方麵上的突破,可以說在中國古代的數學史上具有裏程碑的意義。因為圓周率π的計算不僅隻是一個簡單的數學公式,它還標誌著一個國家和民族科學水平的進步。
《隋書·律曆誌》是我們惟一可以找到有關祖衝之在圓周率方麵工作的史料。而且史料中還記載了祖衝之給出的兩個圓周率的近似分數值:
密率:π=355/113,小數點後6位準確
約率:π=22/7,小數點後2位準確。
歐洲的數學家們是晚於祖衝之1100多年後才算出355/113這一數值,並稱這一數據為“安東尼茲率”。而在1912年日本的數學家三上義夫提出應稱π=355/113為“祖率”。
人們很好奇在計算工具很落後的古代祖衝之是通過什麼得出如此精密的結果的,但是令人遺憾的是人們並沒有找到任何的史料有此方麵的記載。人們推測祖衝之用的還是劉徽的“割圓術”,如果真的是如此的話,祖衝之需要計算出園內接正12288邊形和正24576邊形的麵積,要進行加、減、乘、除、開方等運算多達130次以上,而且每次運算都要精確到9位數字。很難想象在當時用羅列算籌等落後的計算方法來進行進算,是需要祖衝之花費何等的精心與超人的毅力才能最終得出影響世界的結果。
祖衝之的兒子祖暅也在數學方麵頗有天賦,他於父親合作共同推出了關於球體體積計算的公式,父子二人是根據劉徽在“九章算術注”中提出的正確方法,求得了球體體積公式,即V=(4/3)πr3。
而且在求出球體積公式的過程中,祖氏父子還總結出了所謂的“祖氏原理”。在西方由意大利數學家卡瓦列裏發現了這一原理所以被稱為“卡瓦列裏原理”,但西方的發現要比祖氏父子晚1100多年。
祖衝之所編的《大明曆》以及為《大明曆》所寫的“駁議”裏包含了很多他在天文曆法方麵的成就。祖衝之通過精密的觀察測量,發現當時奉行的由前輩著名天文學家何承天所編製的元嘉曆有不少錯誤,於是著手編製大明曆,公元462年編成,時年隻有33歲。祖衝之對曆法的編製做出了很多創造性的貢獻,盡管《大明曆》是那個時代最好的一部曆法,卻遭到皇旁寵臣的反對。《大明曆》得以正式頒行是在祖衝之死後多年,在其兒子祖暅的堅決請求以及對天象的實際校驗後,才使這本出能夠為世人所知。
2.“勾股定理”與畢達哥拉斯
所謂的勾股定理就是,如果一個直角三角形的兩直角邊長分別為a和b,斜邊為c,則有:a2+b2=c2。勾股定理還可以用來解釋幾何方麵的問題,那就是直角三角形兩直角邊上的兩個正方形的麵積之和,等於斜邊上正方形的麵積。
如果從簡單的數學方麵來看,勾股定理隻是揭示了直角三角形三條邊之間客觀存在的相對數量關係,但是從它對社會的現實意義來看,它的力量卻帶動了幾千年的數學和自然科學的發展。因此,勾股定理在2004年被一本英國的科學期刊公布為讀者選出的科學界最偉大的公式之一。
在我國勾股定理又被稱為商高定理,商高是我國公元前西周時期的數學家,在古代是最早是由他解釋了“勾三股四弦五”的原理。秦漢時期的數學著作《周髀算經》中記載:昔者周公問於商高曰:“竊聞乎大夫善數也。請問古者包犧(伏羲氏)立周天曆度,夫天不可階而升,地不可得尺寸而度。請問數安從出?”商高曰:“數之法,出於圓方。圓出於方,方出於矩,矩出於九九八十一。故折矩,以為勾廣三,股修四,徑隅五。既方其外,半之一矩,環而共盤,得成三四五。兩矩共長二十有五,是謂積矩。故禹之所以治天下者,此數之所生也。”由此推斷勾股定理在中國曆史傳說中的伏羲氏時代就有所運用。
因此也有人認為早在伏羲氏時期,古人在觀測天文日月、創立八卦易理時,就已經發現了勾股定理的原理。據推斷,當時原始先民們懷著敬畏的心情麵朝太陽跪在地上觀測日影,發現人影隨日月運行而變化,跪著的小腿水平方向叫“勾”,膝蓋以上的身高也就是豎直的大腿方向叫“股”,而由人的頭頂到影子的頭頂的距離叫“弦”,勾、股、弦之間存在著某種約束的關係。後來用“卜”的方法進行“立竿見影”的測算,再後來築土成壇,進行更加精確的計算。從《易經》中我們可以理解到,先天八卦和天文曆法始創於伏羲氏時代,發展於炎黃時代,成熟於夏商周時代,由此可想祖先們的數學水平和哲學智慧著實令人驚歎。盡管當時古人還無法用文字記錄下來他們的智慧,但是大多數的中國人依然相信在伏羲時代就已經有了勾股定理的雛形。
到了商高生活的西周時代中國人已經清楚地知道,直角三角形的外接圓直徑等於直角三角形的斜邊。故稱“徑”。半圓似弓,直徑是最大的弦,所以直角三角形的斜邊也稱“弦”。“故折矩,勾廣三,股修四,徑隅五”也就是說,矩形可以被分成兩個勾寬為3、股長為4、徑邊為5的直角三角形。勾股定理的地位我國古代數學中十分顯赫,而以勾股定理及其應用為核心的中國式幾何學就是由此發展而來的。
在國外,根據出土的巴比倫泥板上現實的數據可以推斷,在大約公元前1700年巴比倫人也發現了勾股定理。但是西方人習慣把勾股定理稱為是畢達哥拉斯定理,這又是為什麼呢?
畢達哥拉斯是古希臘著名的哲學家、數學家、天文學家。他曾在意大利南部的希臘屬地成立過一個秘密結社,這個社團裏男女地位一律平等,一切財產都歸為公有,每個學員在學術上達到了一定的水平。社團的有嚴密的組織紀律,甚至帶有濃厚的宗教色彩。
必達哥雕塑
盡管早在畢達哥拉斯之前就有古巴比倫人和古中國人知道了勾股定理,但是畢達哥拉斯最早明確的提出並證明了這一理論。希臘的一位數學家在編著一本名叫《幾何原本》的書時時,以為此定理是畢達哥達斯最早發現的,並將其命名為“畢達哥拉斯定理”,此後勾股定理就以“畢達哥拉斯定理”的名字流傳開了。以後相繼出現了所謂的畢達哥拉斯學派,畢達哥拉斯學派很重視數學,他們企圖用數學來解釋一切,但是他們研究數學的目的隻是為了探索自然的奧秘並不實用。
有一次畢達哥拉斯應邀參加一位朋友的餐會,這位朋友的餐廳鋪著是正方形美麗的大理石地磚,由於大餐遲遲不上桌,讓大家都有些饑腸轆轆,但是畢達哥拉斯並沒有像其他的貴賓一樣頗有怨言,這位善於觀察和理解的數學家凝視腳下那些排列規則、美麗的方形瓷磚,但畢達哥拉斯不隻是欣賞瓷磚的美麗,而是研究起了它們和數學之間的聯係,隻見他選了一塊瓷磚以它的對角線AB為邊畫一個正方形,他發現這個正方形麵積恰好等於兩塊瓷磚的麵積和。他很好奇,於是再以兩塊瓷磚拚成的矩形之對角線作另一個正方形,他發現這個正方形之麵積等於5塊瓷磚的麵積,也就是以兩股為邊作正方形麵積之和。於是畢達哥拉斯作了大膽的假設:任何直角三角形,其斜邊的平方恰好等於另兩邊平方之和。就此勾股定理的大概模式在畢達哥拉斯的腦海了已經逐漸成形。
畢達哥拉斯不僅在數學方麵的成就突出,而且在音樂和天文方麵也有所成就。他是音樂理論的鼻祖,因為他闡明了單弦的樂音與弦長的關係。在天文方麵,畢達哥拉斯首創地圓說。他的思想不僅對希臘的科學發展帶來巨大的影響,對世界的科學發展也有著一定的影響。
3.中國數學界的伯樂熊慶來
熊慶來,字迪之,中國數學家,熊慶來主要從事函數論方麵的研究工作,他在“函數理論”領域有著極高的造詣。1932年他代表中國第一次出席了瑞士蘇黎世國際數學家大會,1934年,他發表了論文《關於無窮級整函數與亞純函數》,並以此獲得法國國家博士學位,這是第一個獲得法國國家博士學位的中國人。熊慶來所定義的“無窮級函數”,被國際上稱為“熊氏無窮數”,並被載入了世界數學史冊。
熊慶來
熊慶來1893年出生於雲南省彌勒縣的息宰村,1907年,考入昆明方言學堂,1909年,升入雲南英法文專修科,1911年進入雲南省高等學堂學習,1913年公費赴比利時學習采礦。第一次世界大戰爆發後,被迫轉赴法國,在格諾大學、巴黎大學等大學功讀數學,獲理科碩士學位。他以獨特、精辟、嚴謹的論證用法文撰寫發表的《無窮極之函數問題》等多篇論文,獲得法國數學界的交口稱讚。
1921年,學業有成的熊慶來回到祖國,並在我國各大高校擔任教授。比如清華大學、南京大學、西北大學等,直到1934年仍在清華大學任教,1937年又在雲南大學擔任校長。1949年熊慶來出席了在巴黎召開的聯合國教科文組織會議,並繼續留在法國從事數學研究的工作。1957年熊慶來再次回國,在中國科學院數學研究所工作。熊慶來於1969年逝世,享年77歲。
熊慶來具有超凡的記憶力與天才般的語言接受能力,再加上自幼就勤奮好學,所以他在數學方麵表現出的天賦常令教育過他的中外老師們驚歎不已。我國達到許多著名科學家也都曾是他的學生,比如數學家有華羅庚、段學複、許寶騄、莊圻泰等,物理學家有趙忠堯、嚴濟慈、錢三強、趙九章等,還有化學家柳大綱等。到了耄耄之年的熊慶來,還堅持抱病指導學生學習,後來那些學生裏也出了兩個著名的數學家,他們就是楊樂和張廣厚。可以說熊慶來既是中國近代數學的先驅,又是在數學方麵識千裏馬的伯樂。
潛心於學術研究與著述的熊慶來,編寫的《高等數學分析》等10多種大學教材是首批中文版的數學教科書。他還創辦了清華大學算學研究部和東南大學、清華大學等3所大學的數學係,算是中國近代史上第一個數學研究機構,中國數學報也是由他發起並創辦的。
熊慶來除了自己的工作之外就一直把培育人才當作他的頭等大事。所以他總是毫無怨言的解囊相助於有培養前途的窮學生。著名的物理學家嚴濟慈,也是因得到熊慶來資助才得以出國深造。為資助嚴濟慈、劉光等這樣的貧困生,當自己經濟拮據時,熊慶來不惜讓夫人當去自己禦寒的皮大衣。熊慶來在清華大學當數學係主任時,看到了華羅庚發表的《論蘇家駒教授的五次方程之解不能成立》論文之後,覺得華羅庚是數學方麵的天才。於是他毅然打破常規,讓隻有初中文化程度的華羅庚進入清華大學,並把他安排在數學係圖書館任助理員,後來又破格任助教工作,在後來又直接升為教授,並派往英國留學,在熊慶來的幫助下華羅庚終於成了國際知名的大數學家。
熊慶來多年來主持校務都十分重視清廉。盡管每年新生考試前,都會有不少人托人情,送禮,但是他都會原物退還。有一年,熊慶來赴法國,向教育部申請了1萬美金的款項,準備為雲南大學添購數學書籍。不料後來因雲南大學解散,他也就此留在美國,盡管在美國的生活非常拮據,但他卻始終沒有動用這筆款項一分錢。直到幾年後,他幾經周折才把那筆錢所購得的圖書轉給交雲南大學。
1937年,熊慶來接受雲南省的聘請出任雲南大學校長,為雲大的發展作出了不可磨滅的貢獻。當時的雲大人力、物力、財力等都極為落後,所以教學質量明顯不高。熊慶來就利用抗戰初期各方人才大量湧入昆明的機會招賢納士,他先後延聘了全國著名教授吳文藻、顧領剛、白壽彝、楚圖南、費孝通、吳暗、趙忠堯、劉文典、張奚若、方國瑜等100多人擔任雲大的教授,還延聘了一些外國教授,使雲大成為與西南聯大同享盛名的又一處著名專家學者薈萃之地,教學質量因此躍入全國名牌大學之列,被吸收進《大英百科全書》之中;在他的帶領之下雲大的各方麵實力都得到大幅度的提高。1939年他又創辦了雲大附中;他還不斷充實圖書教學設備,使圖書館藏書達十餘萬冊,理科各係都有比較完善的實驗室和標本資料室,醫學院擁有附屬醫院及解剖室,農學院有實驗農場,數學係在東郊鳳凰山建立了天文台,工學院有實習工廠,航空係有飛機等,這些成就在全國高校中是極為罕有的。熊慶來帶領雲大前進的時代被認為的雲大的第一個黃金時代。
l949年聯合國教科文組織會議在巴黎召開,前往巴黎出席會議不的熊慶來不幸患腦溢血而致右半身癱瘓,但他並未向病魔屈服,以頑強的毅力用左手學會寫字,艱難地在法國投人數學的研究工作。1957年熊慶來在周恩來總理的親切關懷下,不顧台灣當局的引誘與威脅,毅然回到祖國,並任中國科學院數學研究所研究員、全國政協委員等多個職位。令人萬分痛心的是,因為當年推薦華羅庚任教清華時曾說過“不聘華羅庚,我就走”的話,所以在接下來的“文化大革命”中,被迫背上了“學術權威”和“熊華黑線”的罪名,遭到了無休無止的批鬥和摧殘。終於在1969年初的深夜,著名的數學家熊慶來與世長辭。曆史卻不會忘記這位為中國數學做出巨大貢獻的人。終於在1978年,熊慶來的冤案得到了平反。有人為他題詞以表哀悼,“太華巍巍,拔海千尋;滇池森森,萬山為襟;卓哉吾校,與其同高深。努力求新,以作我民;努力求真,文明允臻。”
21世紀初,一所被命名為“慶來中學”的學校,在他的家鄉彌勒縣建立起來,不僅表示了對熊慶來的懷念,更多的是希望後人們能沿著熊慶來開辟的研究道路繼續前進。
4.愛國數學家蘇步青
蘇步青
蘇步青,浙江平陽人,是我國著名的數學家,被譽為數學王,與同是平陽人的棋王謝俠遜、新聞王馬星野,並稱為“平陽三王”,他們都被平陽人視為自己的驕傲。蘇步青主要從事徽分幾何學和計算幾何學等方麵的研究。他的研究範圍很廣,涉及了仿射徽分幾何學、射影徽分幾何學、一般空間徽分幾何學、高維空間共軛理論、幾何外形設計、計算機輔助幾何設計等很多方麵的研究。
蘇步青於1902年出生在一個家境清貧的小山村裏,他從小就表現的天資聰慧,所以他的父母省吃儉用,拚死拚活也要供這個孩子上學。其實蘇步青讀初中時,對數學並不感興趣,因為他一學就會,所以覺得數學太無聊。他沒想到後來的一堂數學課影響了他的一生。
蘇步青初中時就讀於浙江省立十中,上初三時他們班來了一位剛從東京留學歸來的教數學課的楊老師。楊老師在第一堂課上並沒有講數學課,而是與同學們共同探討了當時的社會時況。他說:“當今世界,弱肉強食,世界列強依仗船堅炮利,都想蠶食瓜分中國。中華亡國滅種的危險迫在眉睫,救亡圖存、發展實業、振興科學在此一舉。‘天下興亡,匹夫有責’,在座的每一位同學都有責任。”他旁征博引,講述了數學在現代科學技術發展中的巨大作用。這堂課的最後一句話是:“為了救亡圖存,必須振興科學。數學是科學的開路先鋒,為了發展科學,必須學好數學。”蘇步青對於這節課深受影響,並終身難忘。
楊老師的言論給他的思想注入了新的活力。讓他知道讀書不僅為了擺脫個人困境,更是為了拯救中國廣大的苦難民眾;讀書,不僅是為了個人找出路,更是為了中華民族求新生。當天晚上,蘇步青輾轉反側,徹夜難眠。在楊老師的影響下,蘇步青的興趣從文學轉向了數學,並從此立下了“讀書不忘救國,救國不忘讀書”的座右銘。處於愛國的心理,蘇步青迷上了數學,此後不管是酷暑隆冬,霜晨雪夜,蘇步青都沉迷於讀書、思考、解題、演算等別人看來枯燥無味的生活裏。蘇步青在4年中就演算了上萬道數學習題。蘇步青的母校,現在的溫州一中還珍藏著蘇步青的一本幾何練習簿。
蘇步青17歲赴日留學,他進入東京高等工業學校是以第一名的成績,他在那裏對於學習依然是饑似渴。為國爭光的信念驅使蘇步青較早地進入了數學的研究領域,在完成學業的同時,寫了30多篇論文,在徽分幾何方麵取得令人矚目的成果,並於1931年獲得理學博士學位。獲得博士之前,蘇步青已在日本帝國大學數學係當講師,正當日本一個大學準備聘他去任待遇優厚的副教授時,蘇步青卻毅然決定回到當時還很貧困的祖國任教。回到浙大任教授的蘇步青對於當時的自己生活的窘迫條件如是說:“吃苦算得了什麼,我甘心情願,因為我選擇了一條正確的道路,這是一條愛國的光明之路啊!”可見這位數學家的赤子之心。