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机械数学:阿基米德(Archimedes)

叙拉古(Syracuse)的阿基米德为同时代的一众古希腊学者所熟知,这不仅因他具有独创性的数学思想,更因为他创造了在当时十分先进的机械设备。其中一些设备,例如名为“阿基米德螺旋泵”(Archimedes’ screw)的水泵以及滑轮组,具有相当高的社会生产价值;而另一些则是让人闻风丧胆的战争机器,例如巨型弩炮以及“阿基米德之爪”(Archimedes’ claw),又名“撼船者”(Ship-shaker)—一台配有巨型抓钩或爪形器具的吊车,它能够使抓钩猛撞敌舰并将其击沉,或直接将其拽出海面。

阿基米德制造的机械运用了一项重要的原理——杠杆原理。虽然他并不是杠杆的发明者,但他发现了杠杆平衡原理,阐释了其运作的机制。他最著名的发现则是阿基米德原理(Archimedes’ principle):要计算物体浸没在液体中的部分体积,只需测量其排出液体的体积。得出这个结论时,阿基米德正在思考一个棘手的难题:如何判断叙拉古国王新的金王冠中是否掺杂了一些廉价金属。

阿基米德还利用“穷竭法”(method of exhaustion)计算出了圆的面积:先画出圆的内接和外接正多边形(至少有3条直边、3个角的图形),再增加多边形的边数,直至边逼近圆周。(求多边形的面积远易于求圆的面积。)他还发现了球体和圆柱体之间的关系,并探索了其他数学领域,例如平方根与图形的性质(三角形、矩形、圆等)。

阿基米德(公元前287年—公元前212年)

阿基米德的父亲是一位天文学家。阿基米德出生于叙拉古——西西里岛(Sicily)上一座独立的希腊城邦。他不止因发明了那些机械设备而著名,还因为他想到阿基米德原理时过于激动,直接跳出了公共浴池,没穿衣服就跑回家中,并大喊着:“我想到了!”

他一直认为,自己提出的数学理论比发明的机械更重要。在他的著作《方法》(The Method,约公元前250年)中,他写道:“一开始,我都是依靠机械方法想通某些事情,但最终我不得不依靠几何方法来证明它们。”

公元前218年,叙拉古被卷入了第二次布匿战争(the Second Punic War,公元前218年—公元前201年),与迦太基(Carthage)结盟对抗罗马。[汉尼拔(Hannibal)就是在这场战争中骑着大象穿越阿尔卑斯山攻击罗马。]在阿基米德发明的“战争机器”的帮助下,叙拉古抵御了罗马军队数年的进攻,但在公元前212年终于被攻破,阿基米德也不幸被害。这位伟大的老年数学家本可以安全离开,但据传说,他由于钻研数学问题过分投入,无视了要带他去见指挥官的罗马士兵,被愤怒的士兵刺死;另一个说法则是,他随身携带的科学仪器被罗马士兵误认为是值钱的战利品,因而不幸遇难。 MjK5FA0V7JkvvzDgtxlpg6Xh+x7WMQ6kXEh8WeNmrnr4WdcsDgLpWkFdTXyc0s50

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