鯀治水失敗後,大禹挺身而出,擔負起領導治水的重任。他認為要製服水患,就必須因勢利導,根據河流的走勢宣泄水流。為了規劃出一套正確的治水方案,大禹不辭辛勞地爬山涉水,實地勘察山川形勢。他三過家門而不入,領導人們開山劈嶺,疏浚河道,廣修溝渠,奮戰12年,終於“開九州,通九道”,製服了水患,譜寫了一曲人定勝天的凱歌。

不具備相當的數學知識,就很難完成這項規模巨大的工程。所以,史書在記載大禹治水的動人事跡時,都沒有忘記加上一句,大禹“左準繩,右規矩”。意思是大禹隨身攜帶著規、矩這兩樣測量工具。

規矩是什麼樣的奇妙工具?竟能用來“望山川之形,定高下之勢”,在改造大自然的鬥爭中大建奇功?

在山東省嘉祥縣一座古代建築的石室造像中,依稀可見規矩的模樣。圖中有兩位古代神話中我們遠古祖先的形象,一位叫伏羲,一位叫女媧。伏羲手中的物體就是規,它呈兩腳狀,與現在的圓規相似;女媧手中的物體叫做矩,它呈直角拐尺形。

原來,規就是畫圓用的圓規,矩就是折成直角的曲尺。矩由長短兩把尺合成,短尺叫勾,長尺叫股,可以用來畫直線或者作直角。

公元前11世紀,有位叫商高的古代數學家,曾詳細介紹了用矩的方法。他說:

“把矩平放在地上,可以定出繩子的垂直;把矩豎立起來,可以測量物體的高度;把矩倒立過來,可以測量物體的深度;把矩平臥在地上,可以測量兩地之間的距離。矩旋轉一周,就形成了一個圓形,兩個矩合攏起來,就形成了一個方形。

“知天文識地理的人是很有學問的,而這種學問就來自勾股測量,勾股測量又依賴於矩的應用。矩與數結合起來,就可以設計和製作天下的萬物。”

瞧,矩的用途是多麼廣泛和靈活,我們的祖先又將它運用得多麼出神入化啊。

規矩究竟發明於何時,已經很難考察了,但它們起源於極遙遠的古代,卻是無庸置疑的。在我國最早的文字甲骨文中,已有了規、矩這兩個字,其中的規字,就很像手執圓規畫圓的樣子。到了春秋戰國時期,書中關於規矩的論述更是多得不勝枚舉。墨子說過:造車的工匠“執其規矩,以度天下之方圓”;孟子說過:即使是離婁那樣眼光銳利的人,即使是魯班那樣心靈手巧的工匠,“不以規矩,不能成方圓”。可見至少從那時起,規與矩的應用在我國民間已經很普遍了。

測算地球周長

公元前3世紀,有位古希臘數學家叫埃拉托斯芬。他才智高超,多才多藝,在天文、地理、機械、曆史和哲學等領域裏,也都有很精湛的造詣,甚至還是一位不錯的詩人和出色的運動員。

人們公認埃拉托斯芬是一個罕見的奇才,稱讚他在當時所有的知識領域都有重要貢獻,但又認為,他在任何一個領域裏都不是最傑出的,總是排在第二位,於是送他一個外號“貝塔”。意思是第二號。

能得到“貝塔”的外號是很不容易的,因為古代最偉大的天才阿基米德,與埃拉托斯芬就生活在同一個時代!他們兩人是親密的朋友,經常通信交流研究成果,切磋解題方法。大家知道,阿基米德曾解決了“砂粒問題”,算出填滿宇宙空間至少需要多少粒砂,使人們瞠目結舌。大概是受阿基米德的影響吧,埃拉托斯芬也回答了一個令人望而生畏的難題:地球有多大?

怎樣確定地球的大小呢?埃拉托斯芬想出一個巧妙的主意:測算地球的周長。

埃拉托斯芬生活在亞曆山大城裏,在這座城市正南方的785公裏處,另有一座城市叫塞尼。塞尼城中有一個非常有趣的現象,每年夏至那天的中午12點,陽光都能直接照射城中一口枯井的底部。也就是說,每逢夏至那天的正午,太陽就正好懸掛在塞尼城的天頂。

亞曆山大城與塞尼城幾乎處於同一子午線上。同一時刻,亞曆山大城卻沒有這樣的景象。太陽稍稍偏離天頂的位置。一個夏至日的正午,埃拉托斯芬在城裏豎起一根小木棍,動手測量天頂方向與太陽光線之間的夾角,測出這個夾角是72°,等於360°的1/50。