1x1+1x2=x1+x2x1x2=-baca=-bc等。

韋達在三角學、代數學上也頗多建樹,特別在代數符號體係的建立上有突出貢獻。

83三角函數表的來曆

早期的三角學是伴隨著天文學而產生的。大家熟知,把周角分成360等份,每一份就叫做1度的角。這種做法起源於古代巴比倫人。他們為了建立曆法,把圓周分成360等份,就相當於把周角分成360等份。為什麼要把圓周分成360等份?有幾種解釋。有人認為巴比倫人最初以360天為一年,將圓周分為360等份,太陽就每天行一“等份”。另一種意見認為巴比倫人很早就知道每年有365天,所以上麵的說法是不可信的。較多的數學史家認為,比較起來,下麵的說法似乎更有道理。在古巴比倫時代,曾有一種很大的距離單位——巴比倫裏,差不多等於現在的英裏的7倍,由於巴比倫裏被用來測量較長的距離,很自然,它也成為一種時間單位,即走一巴比倫裏所需的時間。後來,在公元前1000年內,當巴比倫天文學達到了保存天象係統記錄的階段時,巴比倫“時間裏”,就是用來測量時間長短的。因為發現一整天等於12個“時間裏”,並且一整天等於天空轉一周;所以,一個完整的圓周被分成12等份。但是為了方便起見,把巴比倫“時間-裏”分成30等份,於是,便把一個完全的圓周分為12×3=360等份。

後來,每一等份變成了“度”。“度”是來自拉丁文,原來是“步”、“級”的意思。

三角學的最早奠基者是古希臘天文學家依巴穀。為了天文觀測的需要,他作了一個和現今三角函數表相仿的“弦表”,就是在固定的圓內,不同圓心角所對弦長的表。相當於現在圓心角一半的正弦線的兩倍,可惜這表沒有保存下來。

托勒玫是古代天文學的集大成者。他繼承、發展了前賢特別是依巴穀的成就,彙編了《天文集》。按照托勒玫的說法和用法,依巴穀采用了巴比倫的60進位製:把圓周分為360°,從而圓弧所對的圓心角就有了度量;把半徑分成60等份,這樣就可用半徑的多少等份來表示圓心角所對的弦長,即用半徑的160作為度量弦長的單位。例如60°角所對的弦長就是圓內接正六邊形的一邊之長,應該是60個單位,相當於現在30°角的正弦是12;90°角所對的弦長是圓內接正方形一邊之長,應該是602個單位。

為了提高計算弦長的精確程度,托勒玫把半徑分為60等份後,又把每一份分為60小份,每一小份再按60進位製分為更小的份,以此類推。把這些小份依次叫做“第一小份”、“第二小份”。後來“第一小份”變成了”分”(minute),“第二小份”變成了“秒”(second),這就是“分、秒”名稱的來源。現在英文裏minute這個字仍然有“分”和“微小”兩種意義,Second這個字有“秒”和“第二”兩種意義。

用“°”“′”“″”表示度、分、秒,是1570年卡拉木開始的。這已在托勒玫之後1400年了。

托勒玫是在托勒玫定理的基礎上,按下麵方法造出弦表的。

如圖,先取以AD為直徑的特殊的內接四邊ABCD。設AD、AB、AC已知,則CD、BD利用勾股定理很易求出。這樣,圖中6個長度已知5個,故利用托勒玫定理可求出第六個長度BC,但BC=AC-AB,所以若兩弧的弦是已知時,便可算出兩弧之差的弦。托勒玫還指出怎樣從圓的任意一給定的弦,求出相應半弧所對的弦;怎樣從AB的弦和BC的弦,求出AC的弦,實質上托勒玫已經得到與下列公式

sin2x+cos2x=1,

sin(x-y)=sinxcosy-cosxsiny,

cos(x+y)=cosxcosy=sinxsiny,

sin2x2=12(1-cosx)

等價的關係。

托勒玫利用圓內接正五邊形和正十邊形的邊長推導對36°弧和72°弧的弦長;從72°弧的弦和60°弧的弦,利用差角公式算出對12°弧的弦長;從12°弧的弦平分數次得出對(34)°弧的弦。因此,他能給任一已知弦所對的弧加上(或減去)(34)°弧,計算這樣兩段弧之和(或差)所對的弦值。這樣他能算出兩個相差(34)°的所有弧所對的弦值。後來,他利用不等式來推理,得出了從0°到90°每隔半度的弦表。這就是第一個三角函數表。

公元5世紀印度數學家阿利耶毗陀對三角學貢獻很大,製作了一個正弦表。他依照巴比倫人和希臘人的習慣,將圓周分為360度,每度為60份,整個圓周分為21600份,再由2πy=21600,可得半徑λ=3437746(他知道圓周率π的近似值31416,人們推測這是從中國流傳到印度的)。略去小數部分,取近似值λ=3438,依此計算第一象限內每隔3°45′的正弦長。他的方法是用勾股定理算出特殊角30°,45°,60°,90°的正弦,如sin30°=1719個單位,sin45°=2431個單位(這裏把λ作為3438個單位),然後再用半角公式計算較小角度的正弦。

印度人的正弦表比希臘人的弦表有所改進,他們是計算半弦(相當於現在的正弦線)而不是全弦的長。

本來,在印度文中,半弦是獵人的弓弦的意思。後來印度的書大量譯成阿拉伯文,輾轉傳抄,意思搞錯了。12世紀時,意大利人柏拉圖又將這個字譯成拉丁文“sinus”,它和當初印度人弓弦的意義已相差很大。

1631年鄧玉函和湯若望等人編的《大測》一書,將sinus譯為“正半弦”和“前半弦”,簡稱為“正弦”,這是我國“正弦”這一術語的由來。

中亞細亞的著名天文家阿爾·巴坦尼在三角方麵也有很大貢獻,他曾著《星的科學》一書,書中有很多三角內容。

阿爾·巴坦尼樹立一根杆子在地上,求日影b,以測定太陽的仰角。陰影b的拉丁譯名叫做“直陰影”,而水平插在牆上的杆子投影在牆上的影叫“反陰影”。“直陰影”後來變成“餘切”,“反陰影”變成正切。公元920年左右,阿爾·巴坦尼造出自0°到90°每相隔1°的餘切表。

稍後,中亞細亞的另一位著名天文學家、三角學者阿布爾·威發計算了每隔10′的正切表。14世紀末葉,貼木兒帝國的兀魯伯(貼木爾的孫子)在撒馬爾罕建立一座當時世界上規模最大的天文台。他聚集了100多名學者,組織無與倫比的天文觀測和數學用表的計算。他造了0到45°之間每隔1′、45°到90°之間每隔5′的正切表。

14世紀時,歐洲早期的三角學者、英國人布拉瓦丁開始將正切和餘切引入三角計算中。

16世紀時,偉大的天文學家哥白尼的學生利提克斯見到當時天文觀測日益精密,迫切需要推算詳細的三角函數表,並花費了大量時間來推算正弦、正切及正割表。可惜,他未能在生前完成,直到1596年才由他的弟子完成,公布於世。

現代三角函數表是後來經過多次改進、演變而成的。

84神奇的黃金分割是如何發現的

“黃金”象征著貴重,黃金分割有著廣泛的應用。畢達哥拉斯學派對五星圖懷有特別的敬意,他們把五星圖作為學派的章。傳說,他們有條“幫規”,凡畢氏學派成員都要佩帶五星圖的紀念章,人們推測,可能是因為他們掌握了正五邊形和五星圖的作圖方法引以自豪。

畢氏學派在研究五星圖的過程中,發現了五星圖的一種奧秘:在正五邊形中,相鄰頂點的兩條對角線(也就是五星圖的兩條邊)互相將對方分割成一長一短兩部分,它們滿足一種和諧的關係式:

全線段:較長的=較長的:較短的,而且較長的一段正好等於正五邊形的邊長。

如圖:AC與BE相交於G,互相將對方分割成一長一短兩部分,我們不難看出:

等腰△AEB~等腰△FEA

∴EB∶EA=EA∶EF

又因為EA=EG,EF=GB

∴EB∶EG=EG∶GB

同理可證CA∶CG=CG∶GA

這樣,畢氏學派發現了線段的一種“奇妙分割”法,如圖,在線段AB上取一點P,把AB分成AP、PB兩段,且滿足

AB∶AP=AP∶PB

他們采用如下幾何方法將線段AB進行這種分割:

以AB為一邊作正方形ABCD(如圖),取AD的中點為E,延長DA至F,使EF=EB。作正方形AFGP,則點P即為所求的“奇妙分割”的分點(讀者不難自己證明)。

數學史家推測,畢氏學派畫五星圖就是以這種“奇妙分割”作依據的。