几何学
幾何學(geometry)是研究空間關係的數學分支,有時簡稱為幾何。
幾何是近代數學的兩大領域之一,另外一個是研究數量關係的領域。
現代概念上的幾何其抽象程度和一般化程度大幅提高,並與分析、抽象代數和拓撲學緊密結合,很多分支幾乎無法認出是從早期的幾何學傳承而來。
簡史
幾何一詞源於《幾何原本》的翻譯。《幾何原本》是世界數學史上影響最為久遠,最大的一部數學教課書。《幾何原本》傳入中國,首先應歸功於明末科學家徐光啟。徐光啟和利瑪竇《幾何原本》中譯本的一個偉大貢獻是確定了研究圖形的這一學科中文名稱為「幾何」,並確定了幾何學中一些基本術語的譯名。「幾何」的原文是「geometria」,徐光啟和利瑪竇在翻譯時,取「geo」的音為「幾何」(明朝音: gi-ho),而「幾何」二字中文原意又有「衡量大小」的意思。用「幾何」譯「geometria」,音義兼顧,確是神來之筆。幾何學中最基本的一些術語,如點、線、直線、平行線、角、三角形和四邊形等中文譯名,都是這個譯本定下來的。這些譯名一直流傳到今天,且東渡日本等國,影響深遠。
幾何學有悠久的歷史。最古老的歐氏幾何基於一組公設和定義,人們在公設的基礎上運用基本的邏輯推理構做出一系列的命題。可以說,《幾何原本》是公理化系統的第一個範例,對西方數學思想的發展影響深遠。
一千年後,笛卡兒在《方法論》的附錄《幾何》中,將坐標引入幾何,帶來革命性進步。從此幾何問題能以代數的形式來表達。實際上,幾何問題的代數化在中國數學史上是顯著的方法。[來源請求]笛卡兒的創造,是否有東方數學的影響在裡面,由於東西方數學交流史研究的欠缺,尚不得而知。
歐幾里得幾何學的第五公設,由於並不自明,引起了歷代數學家的關注。最終,由羅巴切夫斯基和黎曼建立起兩種非歐幾何。
幾何學的現代化則歸功於克萊因、希爾伯特等人。克萊因在普呂克的影響下,應用群論的觀點將幾何變換視為特定不變量約束下的變換群。而希爾比特為幾何奠定了真正的科學的公理化基礎。應該指出幾何學的公理化,影響是極其深遠的,它對整個數學的嚴密化具有極其重要的先導作用。它對數理邏輯學家的啟發也是相當深刻的。
古代幾何學
幾何最早的有記錄的開端可以追溯到古埃及(參看古埃及數學),古印度(參看古印度數學),和古巴比倫(參看古巴比倫數學),其年代大約始於前3000年。早期的幾何學是關於長度,角度,面積和體積的經驗原理,被用於滿足在測繪,建築,天文,和各種工藝製作中的實際需要。在它們中間,有令人驚訝的複雜的原理,以至於現代的數學家很難不用微積分來推導它們。例如,埃及和巴比倫人都在畢達哥拉斯之前1500年就知道了畢達哥拉斯定理(勾股定理);埃及人有方形棱錐的錐台(截頭金字塔形)的體積的正確公式;而巴比倫有一個三角函數表。
中國文明和其對應時期的文明發達程度相當,因此它可能也有同樣發達的數學,但是沒有那個時代的遺蹟可以使我們確認這一點。也許這是部分由於中國早期對於原始的紙的使用,而不是用陶土或者石刻來記錄他們的成就。
名稱的來歷
幾何這個詞最早來自於希臘語「γεωμετρία」,由「γέα」(土地)和「μετρε ĭν」(測量)兩個詞合成而來,指土地的測量,即測地術。後來拉丁語化為「geometria」。中文中的「幾何」一詞,最早是在明代利瑪竇、徐光啟合譯《幾何原本》時,由徐光啟所創。當時並未給出所依根據,後世多認為一方面幾何可能是拉丁化的希臘語GEO的音譯,另一方面由於《幾何原本》中也有利用幾何方式來闡述數論的內容,也可能是magnitude(多少)的意譯,所以一般認為幾何是geometria的音、意並譯。
1607年出版的《幾何原本》中關於幾何的譯法在當時並未通行,同時代也存在著另一種譯名——形學,如狄考文、鄒立文、劉永錫編譯的《形學備旨》,在當時也有一定的影響。在1857年李善蘭、偉烈亞力續譯的《幾何原本》後9捲出版後,幾何之名雖然得到了一定的重視,但是直到20世紀初的時候才有了較明顯的取代形學一詞的趨勢,如1910年《形學備旨》第11次印刷成都翻刊本徐樹勳就將其改名為《續幾何》。直至20世紀中期,已鮮有「形學」一詞的使用出現。
分支學科
參考文獻
- 《世界數學史簡編》,梁宗巨,1981年,遼寧人民出版社,第90頁~第92頁