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785千米處,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72°,等於360°的1/50。
由於太陽離地球非常遙遠,可以近似地把陽光看做是彼此平行的光線。於是,根據有關平行線的定理,埃拉托斯芬得出了∠1=∠2的結論。
在幾何學裏,∠2這樣的角叫做圓心角。根據圓心角定理,圓心角的度數等於它所對的弧的度數。因為∠2=∠1,它的度數也是360°的1/50,所以,圖中表示亞曆山大城和賽尼城距離的那段圓弧的長度,應該等於圓周長度的1/50。也就是說,亞曆山大城與塞尼城的實際距離,正好等於地球周長的1/50。
於是,根據亞曆山大城與塞尼城的實際距離,乘以50,就算出了地球的周長。埃拉托斯芬的計算結果是:地球的周長為39250千米。
這是人類曆史上第一次進行這樣的測量。
聯想到埃拉托斯芬去世1800年後,仍然有人為地球是圓的還是方的而喋喋不休時,埃拉托斯芬高超的計算能力和驚人的膽識益發受到人們的稱頌。
幾何學的一大寶藏
100多年前,一位心理學家做了個有趣的實驗。他精心設計出許多不同的矩形,然後邀請許多朋友來參觀,請他們各自選擇一個自認為最美的矩形。結果,592位來賓選出了4個矩形。
這4個矩形看上去協調、勻稱、舒適,確實能給人一種美的享受。那麼,這種美的奧秘在哪裏呢?
心理學家動手測量了它們的邊長,發現它們的長和寬分別是:5、8;8,13;13,21;21,34。而這些邊長的比值,又都出乎意料地接近了0618。
58≈0625;813≈0615;
1321≈0619;2134≈0618。
這是一次偶然的巧合嗎?
選擇一扇看上去最勻稱的窗戶,量一量它的各個邊長吧;選一冊裝幀精美的圖書,算一算它邊長的比值吧……隻要留心觀察,就不難時時發現“0618”的蹤跡。有經驗的報幕員上台亮相,決不會走到舞台的正中央,而是站在近乎舞台長度的0618倍處,給觀眾留下一個美的形象……
哪裏有“0618”,哪裏就閃爍著美的光輝。連女神維納斯的雕像上也都烙有“0618”的印記。如若不信,不妨去算一算這尊女神身長與軀幹的比值,看看是不是接近於0618?而一般人身長與軀幹之比,大約隻有058。難怪芭蕾舞演員在翩翩起舞時,要不時地踮起腳尖呢。
這些都是偶然的巧合嗎?當然不是。數學家會告訴你,它們遵循著數學的黃金分割律。
公元前4世紀,有位叫攸多克薩斯的古希臘數學家,曾經研究過這樣一個問題:“如何在線段AB上選一點C,使得AB∶AC=AC∶CB?”這就是赫赫有名的黃金分割。
C點應該選擇在什麼地方呢?不妨假設線段AB的長度是1,C點到A點的長度是X,則C點到B點的長度是(1-X),於是
1∶X=X∶(1-X)
解得X=-1+52。
舍去負值,得X=5-12≈0618。
“0618”是唯一滿足黃金分割的點,叫做黃金分割點。
黃金分割冠以“黃金”二字,足見人們對它的珍視。藝術家們發現,遵循黃金分割來設計人體形象,人體就會呈現最優美的身段,音樂家們發現,將手指放在琴弦的黃金分割點處,樂聲就益發洪亮,音色就更加和諧;建築師們發現,遵循黃金分割去設計殿堂,殿堂就更加雄偉莊重,去設計別墅,別墅將更使人感到舒適;科學家們發現,將黃金分割運用到生產實踐和科學實驗中,能夠取得顯著的經濟效益……
黃金分割的應用極其廣泛,不愧為幾何學的一大寶藏。