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约公元前370年

欧多克斯建立比例论

约公元前370年,因为无理数的发现,数学史上发生了第一次数学危机,在这场危机中,一位名叫欧多克斯的人殚精竭虑,创设理论,试图力挽狂澜。那么,欧多克斯是个怎样的人呢?

欧多克斯是古希腊的著名学者,公元前408年出生于尼多斯的一个医生家庭。他父亲喜欢在夜间观察星象。年幼时的欧多克斯耳濡目染,对医学和天文学产生了兴趣。公元前368年,欧多克斯来到雅典进行为期2个月的访问,为贫困所迫,他只能住在离雅典主城区约10公里的比雷埃夫斯,但求知的渴望驱使他每天来回步行,到雅典学园听柏拉图等学者的哲学演讲。在埃及的赫利奥波利斯,他潜心研究天文,到附近的天文台去观察天象,并提出了地心说,后经亚里士多德和托勒玫进一步发展而逐渐建立和完善起来。后来,他来到小亚细亚的基齐库斯,收了许多门徒,形成一个学派,人称欧多克斯学派。

早期的地心说模型

欧多克斯博学多才,并写过多部学术著作,可惜都失传了。他的成就,我们只能从生活年代稍晚于他的其他学者的著作中得知。

在数学上,欧多克斯最重要的贡献,就是比例论。这部分工作主要保留在欧几里得《几何原本》的第5卷中。书中对欧多克斯的比例论描述如下:

比是两个同类量之间的一种大小关系。

对于两个量a和b,如果存在一个正整数m,使得ma>b,又存在一个正整数n,使得nb>a,那么称它们有一个比。

欧多克斯的这个贡献,拯救了陷入不可公度量困境的毕达哥拉斯学派,因为这个定义适用于所有可公度和不可公度的量,换句话说,不可公度量也能有一个比。以正方形的边长和对角线长为例。由于三角形两边之和大于第三边,所以正方形的边长的两倍大于对角线长;又由于直角三角形的斜边大于直角边,所以对角线长大于边长。于是,正方形的边长和对角线长有一个比,即它们有大小关系。

有了比,人们自然要问:这个比有多大?欧多克斯的比例论回避了这个问题。

欧多克斯的比例论可适用于一切量,不管它是可公度的还是不可公度的,这样它就绕过了“不可公度”这个障碍,证明了许多毕达哥拉斯学派只能对可公度量证明的命题。

公元前387年,欧多克斯率领着他的一批门徒,第二次访问雅典学园,与柏拉图等学者进行了广泛的学术交流。欧多克斯最终还是回到故乡尼多斯定居,并在当地的立法机关担任重要职务,但他仍坚持他的学术研究,直到公元前355年逝世。

尼多斯

当然,欧多克斯的比例论是有其时代局限性的。我们知道,不可公度量的比就是无理数。为了避免出现无理数,欧多克斯从来不用数来表达这种比,他的比例论中也从来没有出现过比之间的运算。这样处理,只能暂时地缓解第一次数学危机。第一次数学危机的彻底消除,还要再过2000多年,等到严格的实数理论建立之后。 TEO9svhIUwAjQI0CJDoLtWbF3YNixkR8eyZgC2hANrvGLWNDfol94VaWbZT9jWhI

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