歐幾裏得知識淵博,數學造詣精湛,尤其擅長於幾何證明。連當時的國王也經常向他請教數學問題。有一次,國王做一道幾何證明題,接連做了許多天都沒有做出來,就問歐幾裏得,能不能把幾何證明搞得稍微簡單一些。歐幾裏得認為國王想投機取巧,於是不客氣地回答說:“陛下,幾何學裏可沒有專門為您開辟的大道!”這句話長久地流傳下來,許多人把它當做學習幾何的箴言。

在數學上,歐幾裏得最大的貢獻是編了一本書。當然,僅憑這一本書,就足以使他獲得不配的聲譽。

這本書,也就是震爍古今的數學巨著《幾何原本》。

為了編好這本書,歐幾裏得創造了一種巧妙的陳述方式。一開頭,他介紹了所有的定義,讓大家一翻開書,就知道書中的每個概念是什麼意思。例如,什麼叫做點?書中說:“點是沒有部分的。”什麼叫做線?書中說:“線有長度但沒有寬度。”這樣一來,大家就不會對書中的概述產生歧義了。

接下來,歐幾裏得提出了5個公理和5個公設:

公理1與同一件東西相等的一些東西,它們彼此也是相等的。

公理2等量加等量,總量仍相等。

公理3等量減等量,總量仍相等。

公理4彼此重合的東西彼此是相等的。

公理5整體大於部分。

公設1從任意的一個點到另外一個點作一條直線是可能是。

公設2把有限的直線不斷循直線延長是可能的。

公設3以任一點為圓心和任一距離為半徑作一圓是可能的。

公設4所有的直角都相等。

公設5如果一直線與兩直線相交,且同側所交兩內角之和小於兩直角,則兩直線無限延長後必相交於該側的一點。

在現在看來,公理與公設實際上是一回事,它們都是最基本的數學結論。公理的正確性是無庸置疑的,因為它們都經過了長期實際踐的反複檢驗。而且,除了第5公設以外,其他公理的正確性幾乎是“一目了然”的。想想看,你能找出一個例子,說明這些公理不正確嗎?

這些公理是幹什麼用的?歐幾裏得把它們作為數學推理的基礎。他想,既然誰也無法否認公理的正確性,那麼,用它們作理論依據去證明數學定理,隻要證明的過程不出差錯,定理的正確性也是理論證據,卻能推導出新的數學定理來。這樣,就可以用一根邏輯的鏈條,把所有的定理都串聯起來,讓每一個環節都銜接得絲絲入扣,無懈可擊。

在《幾何原本》裏,歐幾裏得用這種方式,有條不紊地證明了467個重要的數學定理。

從此,古希臘豐富的幾何學知識,形成了一個邏輯嚴謹的科學體係。

這是一個奇跡!2000多年後,大科學家愛因斯坦仍然懷著深深的敬意稱讚說:這是“世界第一次目睹了一個邏輯體係的奇跡”。

尺規作圖拾趣

希臘是奧林匹克運動的發源地。奧運會上的每一個競賽項目,對運動器械都有明確的規定,不然的話,就不易顯示出誰“更快、更高、更強”。一些古希臘人認為,幾何作圖也應像體育競賽一樣,對作圖工作作一番明確的規定,不然的話,就不易顯示出誰的邏輯思維能力更強。

應該怎樣限製幾何作圖工具呢?他們認為,幾何圖形都是由直線和圓組成的,有了直尺和圓規,就能作出這兩樣圖形,不需要再添加其他的工具。於是規定在幾何作圖時,隻準許使用圓規和沒有刻度的直尺,並且規定隻準許使用有限次。

由於有了這樣一個規定,一些普普通通的幾何作圖題,頃刻間身價百倍,萬眾矚目,有不少題目甚至讓西方數學家苦苦思索了2000多年。

尺規作圖特有的魅力,使無數的人沉湎其中,樂而忘返。連拿破侖這樣一位威震歐洲的風雲人物,在轉戰南北的餘暇,也常常沉醉於尺規作圖的樂趣中。有一次,他還編了一道尺規作圖題,向全法國數學家挑戰呢。

拿破侖出的題目是:“隻準許使用圓規,將一個已知圓心的圓周4等分。”

由於圓心O是已知的,求出這個題目的答案並不難。

我們可以在圓周上任意選一點A,用圓規量出OA的長度,然後以A點為圓心畫弧,得到B點;再以B點為圓心畫弧,得到C點;再以C點為圓心畫弧,得到D點。這時,用圓規量出AC的長度,再分別以A點和D點為圓心畫兩條弧,得到交點M。接下來,隻要用圓規量出OM的長度,逐一在圓周上劃分,就可以把圓周4等分了。

如果再增添一把直尺,將這些4等分點連接起來,就可以得到一個正4邊形。由此不難看出,等分圓周與作正多邊形實際上是一回事。

隻使用直尺和圓規,怎樣作出一個正5邊形和正6邊形呢?

這兩個題目都很容易解答,有興趣的讀者不妨試一試。

不過,隻使用直尺和圓規,要作出正7邊形可就不那麼容易了。別看由6到7,僅僅隻增加了一條邊,卻一躍成為古代幾何的四大名題之一。尺規作圖題就是這樣變化莫測。

這個看上去非常簡單的題目,曾經使許多著名數學家都束手無策。後來,大數學家阿基米德發現了前人之所以全都失敗了的原因:正7邊形是不能由尺規作出的。阿基米德從理論上嚴格證明了這一結論。