歐幾裏得在《原本》這本書裏,首先給出的是定義和公理。比如,他的點、線、麵的概念:
點是隻有位置沒有大小的;
線是隻有長度沒有寬度的;
麵是隻有長度和寬度的;
平行線是同一平麵內無限延長後永不相交的兩條直線;
……
這些定義和現今的幾何定義極為相似。
歐幾裏得還按照邏輯原理,推論出十分嚴謹美妙的五條公理(又稱“公設”)。其中有:
從一點到另一任意點作直線是可能的;
所有的直角都相等;
a=b,b=c,則a=c;
若a=b,則a+c=b+c;
《原本》中還有關於圓的性質的討論。如弦、切線、割線、圓心角等等。討論了圓的內接和外接圖形。其中,有一個命題是在一個圓內作正15邊形。
據說,當時的天文學一直認為地球赤道麵與地球繞日公轉麵的交角是24°,即是圓周的1/15。於是,歐幾裏得運用自己的智慧,作出了正15邊形,這在當時是一個難度十分大的命題。
《原本》13篇中共有467個命題。這些命題和推理所建立起來的幾何學體係是相當嚴謹和完整的,以至於連20世紀最偉大的科學家愛因斯坦都這樣說:一個人當他最初接觸歐幾裏得幾何學時,如果不曾為它的明晰性和可靠性所感動,那麼他是不會成為科學家的。
從《原本》的出現到現在,這部書出版過一千次以上,幾乎世界上所有的傑出數學家,都是讀著《原本》成長起來的。兩千多年來,《原本》就像一尊堅固的寶塔,其堅固程度沒有人能撼動它。因此,後人,尤其是科學界都把《原本》看做是一部經典奇書,而歐幾裏得的名字,也同《原本》一道流傳千古。
歐幾裏得大約生於公元前330年,死於公元前275年。可惜的是,他一生的經曆久已失傳。
數學競賽判真偽
1500年的某天,意大利北部的布裏西亞,一戶人家生了一個男孩,取名叫豐坦那。不久,意大利與法國發生戰爭,法軍攻陷了布裏西亞地區,大肆屠殺意大利人。豐坦那的父親死於戰禍,小豐坦那的頭部和下顎也受了重傷。好在他的母親是一位聰明而勇敢的婦女,她見兒子受傷,又沒有醫生看病治療,她就想到了狗用舌頭舔愈傷口的情景。於是,她也學著這個方法,用自己的舌頭治好了兒子的傷口。誰知痊愈後的小豐坦那卻得了一個口吃的毛病,說話不連貫,人們就給他取個外號叫塔爾塔利亞(意譯為口吃者)。久而久之,塔爾塔利亞就成了他的名字,豐坦那的名字也被人忘記了。
因為父親死於戰亂,塔爾塔利亞的家境十分貧寒,母親無力送他上學讀書。但是,塔爾塔利亞從小求知欲極強,母親就在他父親墳墓的石板上教他認字、算題。由於他天資聰明,意誌堅強,竟獨自學會了拉丁文和希臘文,對數學的鑽研成績更為突出。經過長期自學,成人後,他終於取得了成功,先後在他的家鄉布裏西亞和威尼斯等地從事教學工作。塔爾塔利亞專門喜歡解各種數學難題,在這方麵不少數學愛好者敗在他的手下。
1530年的一天,有一位叫科拉的數學教師向塔爾塔利亞提出兩道數學難題進行挑戰:
1一個數的立方加上它的平方的3倍等於5,求這個數。實際上是一個一元三次方程,即:x3+3x2=5
2三個數,第二個數比第一個數多2,第三個數比第二個數多2,三個數的乘積是1000,求這三個數各是多少。實際上這也是一個一元三次方程,即:x(x+2)(x+2+2)=1000,展開後是x3+6x2+8x=1000
當時,人類還沒有找到三次方程的解法。塔爾塔利亞於是全身心地投入進去,廢寢忘食地解這兩道題。不久,居然讓他解開了,並因此找到了解開一元三次方程的辦法。於是,塔爾塔利亞向外公開宣稱,他已經知道了一元三次方程的解法,但不能公開自己的步驟,他要保密。此時,有一位叫菲俄的人也宣稱,他也找到了解開一元三次方程的辦法,並宣稱,他的方法是得到了當時著名數學家波倫那大學教授費羅的真傳。
他們二人誰真誰假?誰優誰劣?於是,1535年2月22日,在意大利有名的米蘭大教堂裏,舉行了一次僅有塔爾塔利亞和菲俄參加的數學競賽。競賽內容專門限於一元三次方程。他們各自給對方出30道題,誰解得對解得快誰就得勝。兩個小時之後,塔爾塔利亞解完了全部30道題,而菲俄卻一道題也解不出來。競賽結果,塔爾塔利亞大獲全勝。
原來,一元三次方程的問題是1404年被人引起來的。當時意大利著名數學家巴巧利說:“x3+mx=n,x3+n=mx之不可解,正像化圓為方問題一樣。”誰知此問題提出不久,就被費羅解出了。1510年,他將方法透露給了他的學生菲俄。於是,當塔爾塔利亞宣稱他找到一元三次方程解法時,便出現了要舉行競賽的事情。
初時,塔爾塔利亞麵對出名的學者未免心虛,因為他的方法還不完善。據說在競賽之前的10天,即2月12日深夜,塔爾塔利亞一夜未睡,直至黎明。他頭腦昏昏,走出室外,伸伸懶腰,吸吸新鮮空氣。頓時,他的思路豁然開朗,多日的深思熟慮,終於取得了結果。因此,才在競賽中大獲全勝。
為了使自己的成果更完善,塔爾塔利亞又艱苦努力了6年,才在1541年真正找到一元三次方程的解法。很多人請求他把這種方法公布出來,但卻遭到他的拒絕。原來,塔爾塔利亞準備在譯完歐幾裏得和阿基米德的著作之後,再把自己的發明發現寫成一本專著,以便流傳後世。
在這之前60幾年,米蘭有一位學者卡當,對一元三次方程的問題十分感興趣,苦苦央求塔爾塔利亞把解法告訴他,並起誓發願,決不泄密。1539年,塔爾塔利亞被卡當的至誠之心所動,就把此法傳授給他。
卡當是意大利的數學家,後來又開業行醫,也常常為人占卜,曾受雇於教皇當過占星術士。沒過多久,卡當背信棄義,寫成了一部叫《大術》的書。此書1545年在紐倫堡出版發行。在書中,卡當公布了一元三次方程的解法,聲稱這是他的發明。當時人們信以為真,便把三次方程的求根公式稱為“卡當公式”。
在《大術》一書中,卡當說:“大約在30年前,波倫那的費羅教授發現了這一法則,並傳授給了威尼斯的菲俄,菲俄曾與塔爾塔利亞進行過公開競賽。塔爾塔利亞也發現了這一方法,他在我的懇求下,把三次方程的解法告訴了我,但是沒有給出證明。借助塔爾塔利亞的幫助,我找到了幾種證明方法,它是非常困難的。”
卡當的背信棄義激怒了塔爾塔利亞,他向卡當宣戰,要求進行公開競賽。雙方各擬31道試題,限期15天完成。卡當臨陣怯場,隻派了他的一個高徒應戰。結果,塔爾塔利亞在7天之內就解出了大部分試題,而卡當的高徒僅做對一題,其餘全是錯的。接著,二人又進行了一場激烈的爭鳴和辯論。就這樣,人們才明白事情的真相,塔爾塔利亞才被人們知道,他才是一元三次方程求根公式的真正發明人。
塔爾塔利亞經過這場風波之後,準備心平氣和地把自己的成果寫成一部數學專著,可是他已經心力交瘁,1557年,他沒有實現自己的願望就與世長辭了。