我清楚地记得,刚上初中的时候,数学老师一上讲台就和我们说:“同学们,从今天开始,我要求大家把自己直尺上的刻度全都磨掉,把你们的三角板和量角器也都收起来,今后我们研究图形只能用一把没有刻度的直尺和圆规。”听老师这么一说,我就傻了,直尺上有刻度不让使用,我还怎么知道一个图形的长度,又怎么计算面积呢?哎,这就是我们要研究的新学问,它是一种没有数字的数学,名叫几何。 什么叫几何呢?几何就是多少的意思。多少呀?我不知道,你也不需要知道,我们要在不知道具体数值的情况下把图形的学问研究明白。
可是如果我们连个准数都没有,这不是在瞎研究吗!是吗,你确定没有数字就研究不明白吗?你有没有听说过郑人买履的故事呢?
春秋时期,有一个郑国人,到集市上去给自己买鞋,卖鞋的老板问他:“你买多大号的鞋呀?”他从来没买过鞋,也不知道自己的鞋号,于是就回家去拿了一把尺子过来,用这个尺子,先量了自己的脚,又量了卖的鞋,然后才掏钱买。这个卖鞋的老板被逗乐了:“你给自己买鞋,还拿什么尺子呀?简直是有毛病!”
事实证明,没有准数的时候,也是能干活儿的。
想明白了这个道理,我们回到课堂上来:当老师没收了我们的刻度尺以后,就在黑板左边画了一条线,然后就把我叫到了讲台上,他说:“你能不能在黑板的右边,用这个直尺和圆规画一条长度一模一样的线段呢?”我当时就傻了,我想,我得量一下这条线有多长呀,不知道多长,我怎么能画出一样长的呢?不过我还是挺机灵的,我把这个尺子抓在手里以后,先把尺子的一端和线的左端对齐了,然后再顺着线段的方向把直尺摆好,最后沿着线段的末端,用粉笔在尺子上做了个记号。这样一来,我就在直尺上标记出一个刻度,于是这条线段的长度就和我画的刻度一样了,这样我就把那条线画出来了。
可是老师又说了,尺子上不能有刻度,自己画的刻度也不行!于是我没办法了,只能叉开自己的手指,用这个大拇指和食指当尺子,保持住这个姿势不动,挪到另一边去,按手指叉开的长度画了一条线段。但是老师又说了:“不许用手!因为你的手指头是活动的,即使你感觉不到自己的运动,运动变化也是存在的,所以这种方式也是不允许的。”
听到这里,我突然发现,为什么要用自己的手指呢,这个圆规的两条腿,不就是天然的两根手指吗?而且把圆规叉开到指定的宽度,它就静止不动了。于是我把圆规的两条腿叉开,挪到线段上比一比,确定圆规叉开的长度和线段长度一样了,再按照这个长度画线,结果就出来了。做完以后,我终于看到了老师满意的笑容。
老师是满意了,可我还不满意,于是就反问他:“老师,我们明明可以用尺子直接量一下,你为什么非得让我用圆规呀?”老师说:“你用尺子量了长度,再用这个长度去画线,就好比那个买鞋的郑国人,用尺子量了脚再量鞋,你的脚就在你身上,为什么不能直接用脚量鞋呢?同样,我的线段就在这里,为什么非要把它变成数字呢?”直到这时,我才恍然大悟,原来我们一直引以为豪地在几何中使用数字,却闹了郑人买履的“笑话”。
研究几何图形的时候就是这样,虽然我们不一定知道每个图形的具体长度、宽度和角度,但是我们却可以清晰地知道这些数值之间的相互关系。几何学要求我们通过直尺和圆规去认识世界,通过这两种工具,我们可以更接近事物的本原,更了解事物的真相。几何学的本原就是丈量土地的学问。它发源于5000年前的古埃及,那时候人类已经掌握了耕种技术,开启了农业文明,但尼罗河水经常泛滥成灾,一旦冲毁土地,人们就必须重新丈量土地,于是在这个过程当中,古埃及人就积累了大量的几何学知识。
公元前7世纪,古希腊数学家泰勒斯,把古埃及的几何知识带回了古希腊,同时,他开始思考这些几何知识之间的关系,并对部分的定理给出了严格的证明,几何知识在古希腊开始孕育发展。之后毕达哥拉斯、柏拉图都对几何学做了突出的贡献,到了公元前300年左右,欧几里得把当时所有的几何学知识融会贯通,收集整理出一部近代数学的奠基之作——《几何原本》。
在《几何原本》中,欧几里得首先明确了点、线、面、角等一系列基本图形的定义,然后从几条人所共知的、不证自明的公理出发,通过严格的逻辑推理,将零散的、不连贯的几何知识组织起来,告诉我们平面和立体图形的性质和判定方法,以及通过尺规进行平面作图的方法。通过5条公理、5条公设、119个定义、465个命题,构建起了一座宏伟的数学大厦。《几何原本》问世以后,通过各种语言出版超过1000个版本。目前,除了《圣经》之外,世界上还没有任何一种著作拥有如此多的读者。1607年,徐光启和意大利传教士利玛窦把这部著作的前6卷译成了中文,并且定名为《几何原本》。