登陆注册
30178700000017

第17章 几何

几何,犹若干,多少;研究空间结构及性质的一门学科。语出《诗·小雅·巧言》:“为犹将多,尔居徒几何?”。几何图形的分类问题(比如把圆锥曲线分为三类),也就转化为方程的代数特征分类的问题,即寻找代数不变量的问题。几何学发展历史悠长,内容丰富。几何思想是数学中最重要的一类思想。这种用公理系统来定义几何学中的基本对象和它的关系的研究方法,成了数学中所谓的“公理化方法”,而把欧几里得在《几何原本》提出的体系叫做古典公理法。

基本信息

中文名:几何

英文名:Thegeometric

拼音:jǐhé

基本含义

定义

正在加载X轴Y轴

几何,就是研究空间结构及性质的一门学科。它是数学中最基本的研究内容之一,与分析、代数等等具有同样重要的地位,并且关系极为密切。

名称由来

正在加载几何

几何这个词最早来自于希腊语“γεωμετρ?α”,由“γ?α”(土地)和“μετρε?ν”(测量)两个词合成而来,指土地

的测量,即测地术。后来拉丁语化为“geometria”。中文中的“几何”一词,最早是在明代利玛窦、徐光启合译《几何原本》时,由徐光启所创。当时并未给出所依根据,后世多认为一方面几何可能是拉丁化的希腊语GEO的音译,另一方面由于《几何原本》中也有利用几何方式来阐述数论的内容,也可能是magnitude(多少)的意译,所以一般认为几何是geometria的音、意并译。

1607年出版的《几何原本》中关于几何的译法在当时并未通行,同时代也存在着另一种译名——形学,如狄考文、邹立文、刘永锡编译的《形学备旨》,在当时也有一定的影响。在1857年李善兰、伟烈亚力续译的《几何原本》后9卷出版后,几何之名虽然得到了一定的重视,但是直到20世纪初的时候才有了较明显的取代形学一词的趋势,如1910年《形学备旨》第11次印刷CD翻刊本徐树勋就将其改名为《续几何》。直至20世纪中期,已鲜有“形学”一词的使用出现。

翻译者

徐光启(1562年4月24日-1633年11月10日)

字子先,号玄扈,教名保禄,汉族,明朝南直隶松江府上海县人,中国明末数学和科学家、农学家、政治家、军事家,官至礼部尚书、文渊阁大学士。赠太子太保、少保,谥文定。徐光启也是中西文化交流的先驱之一,是上海地区最早的天主教徒,被称为“圣教三柱石”之首。

李善兰(1811.1.22~1882.12.9)

中国清代数学家、天文学家、力学家、植物学家。原名心兰,字竟芳,号秋纫,别号壬叔.浙江海宁人。清嘉庆十五年十二月二十八日(1811年1月22日)生;光绪八年十月二十九日(1882年12月9日)卒于北京。自幼喜好数学,后以诸生应试杭州,得元代著名数学家李冶撰《测圆海镜》,据以钻研,造诣日深。道光间,陆续撰成《四元解》、《麟德术解》、《弧矢启秘》、《万圆阐幽》及《对数探源》等,声名大起。咸丰初,旅居上海,1852~1859年在上海墨海书馆与英国汉学家伟烈亚力合译欧几里得《几何原本》后9卷,完成明末徐光启、利玛窦未竟之业。

古代几何

国外

最早记载可以追溯到古埃及、古印度、古巴比伦,其年代大约始于公元前3000年。早期的几何学是关于长度,角度,面积和体积的经验原理,被用于满足在测绘,建筑,天文,和各种工艺制作中的实际需要。埃及和巴比伦人都在毕达哥拉斯之前1500年就知道了毕达哥拉斯定理(勾股定理);埃及人有方形棱锥的锥台(截头金字塔形)体积正确公式;而巴比伦有一个三角函数表。

中国

中国文明和其对应时期的文明发达程度相当,因此它可能也有同样发达的数学,但是没有那个时代的遗迹可以使我们确认这一点。也许这是部分由于中国早期对于原始的纸的使用,而不是用陶土或者石刻来记录他们的成就。

发展分支

几何学发展

正在加载几何艺术

几何学发展历史悠长,内容丰富。它和代数、分析、数论等等关系极其密切。几何思想是数学中最重要的一类思想。暂时的数学各分支发展都有几何化趋向,即用几何观点及思想方法去探讨各数学理论。

平面与立体

最早的几何学当属平面几何。平面几何就是研究平面上的直线和二次曲线(即圆锥曲线,就是椭圆、双曲线和抛物线)的几何结构和度量性质(面积、长度、角度)。平面几何采用了公理化方法,在数学思想史上具有重要的意义。

平面几何的内容也很自然地过渡到了三维空间的立体几何。为了计算体积和面积问题,人们实际上已经开始涉及微积分的最初概念。

笛卡尔引进坐标系后,代数与几何的关系变得明朗,且日益紧密起来。这就促使了解析几何的产生。解析几何是由笛卡尔、费马分别独立创建的。这又是一次具有里程碑意义的事件。从解析几何的观点出发,几何图形的性质可以归结为方程的分析性质和代数性质。几何图形的分类问题(比如把圆锥曲线分为三类),也就转化为方程的代数特征分类的问题,即寻找代数不变量的问题。

立体几何归结为三维空间解析几何的研究范畴,从而研究二次曲面(如球面,椭球面、锥面、双曲面,鞍面)的几何分类问题,就归结为研究代数学中二次型的不变量问题。

总体上说,上述的几何都是在欧氏空间的几何结构--即平坦的空间结构--背景下考察,而没有真正关注弯曲空间下的几何结构。欧几里得几何公理本质上是描述平坦空间的几何特性,特别是第五公设引起了人们对其正确性的疑虑。由此人们开始关注其弯曲空间的几何,即“非欧几何”。非欧几何中包括了最经典几类几何学课题,比如“球面几何”,“罗氏几何”等等。另一方面,为了把无穷远的那些虚无缥缈的点也引入到观察范围内,人们开始考虑射影几何。

这些早期的非欧几何学总的来说,是研究非度量的性质,即和度量关系不大,而只关注几何对象的位置问题--比如平行、相交等等。这几类几何学所研究的空间背景都是弯曲的空间。

微分几何

正在加载微分几何

为了引入弯曲空间的上的度量(长度、面积等等),我们就需要引进微积分的方法去局部分析空间弯曲的性质。微分几何于是应运而生。研究曲线和曲面的微分几何称为古典微分几何。但古典微分几何讨论的对象必须事先嵌入到欧氏空间里,才定义各种几何概念等等(比如切线、曲率)。一个几何概念如果和几何物体所处的空间位置无关,而只和其本身的性态相关,我们就说它是内蕴的。用物理的语言来说,就是几何性质必须和参考系选取无关。

内蕴几何

哪些几何概念是内蕴性质的?这是当时最重要的理论问题。高斯发现了曲面的曲率(即反映弯曲程度的量)竟然是内蕴的---尽管它的原始定义看上去和所处的大空间位置有关。这个重要发现就称为高斯绝妙定理。古典几何的另一个重要发现就是高斯-博纳特公式,它反映了曲率和弯曲空间里的三角形三角之和的关系。

研究内蕴几何的学科首属黎曼几何·黎曼在一次著名的演讲中,创立了这门奠基性的理论。它首次强调了内蕴的思想,并将所有此前的几何学对象都归纳到更一般的范畴里,内蕴地定义了诸如度量等等的几何概念。这门几何理论打开了近代几何学的大门,具有里程碑的意义。它也成为了爱因斯坦的广义相对论的数学基础。

从黎曼几何出发,微分几何进入了新的时代,几何对象扩展到了流形(一种弯曲的几何物体)上--这一概念由庞加莱引入。由此发展出了诸如张量几何、黎曼曲面理论、复几何、霍奇理论、纤维丛理论、芬斯勒几何、莫尔斯理论、形变理论等等。

从代数的角度看,几何学从传统的解析几何发展成了更一般的一门理论--代数几何。传统代数几何就是研究多项式方程组的零点集合作为几何物体所具有的几何结构和性质--这种几何体叫做代数簇。解析几何所研究的直线、圆锥曲线、球面、锥面等等都是其中的特例。稍微推广一些,就是代数曲线,特别是平面代数曲线,它相应于黎曼曲面。代数几何可以用交换代数的环和模的语言来描述,也可以从复几何、霍奇理论等分析的方法去探讨。代数几何的思想也被引入到数论中,从而促使了抽象代数几何的发展,比如算术代数几何。

拓扑学

拓扑学是和传统几何密切相关的一门重要学科,也可以视为一种“柔性”的几何学,也是所有几何学的研究基础。拓扑学研究始于欧拉,经由庞加莱等人的研究发展,逐渐成为比较成熟的数学分支和活跃的研究方向。拓扑学思想是数学思想中极为关键的内容。它讨论了刻画几何物体最基本的一些特征,比如亏格(洞眼个数)等等。由此发展出了同调论、同伦论等等基础性的理论。

其他学科

除了以上传统几何学之外,我们还有闵可夫斯基建立的“数的几何”;与近代物理学密切相关的新学科“热带几何”;探讨维数理论的“分形几何”;还有“凸几何”、“组合几何”、“计算几何”、“排列几何”、“直观几何”等等。

同类推荐
  • 神证魔途

    神证魔途

    活着至少要有个梦想,万一哪天实现了呢。有时候执着会是一种笑话,有时候天真也会是一种笑话。但天真的并且执着的人却可以让梦成真,这并不是一个笑话。少年满眼星辰,天真的问道,狮虎,你所真的有神灵存在么?
  • 契约者的回归

    契约者的回归

    人……神……二者之间的关系说不清楚到不明白,世界上有着一群拥有特殊能力的人,他们被称为神选之人,神的契约者……陆岩,染上无数鲜血的男人,被称为“死神——zero”的神之契约者,拥有绝对破坏的逆天能力,因为不想在过每天沾染鲜血的生活,从他的组织叛逃了,重新回到祖国的他会掀起什么大浪呢?
  • 古造

    古造

    武以古为先,道以造为妙!古武流芳无踪影,道妙深藏不得法!这是武和道并存的世界,是武强,是道妙,皆在《古造》之中!
  • 大神王座

    大神王座

    一群素不相识的人,为求武道,来到一等学府鬼谷。由陌生,到熟悉,到生死与共,到反目成仇,只是仅仅一年的时间,却决定整个塔界七十二重天的走势。天地不仁,以万物为刍狗,若是血性之士,岂能逆来顺受?拳掌之间,又谁能主宰沉浮?浩渺苍穹,仙山缥缈,一名叫徐宁的融魂者,坐在悬崖之巅,望着物是人非的故都,哼起儿时最熟悉的小调.....
  • LOL主播异界纵横

    LOL主播异界纵横

    英雄联盟游戏主播孟闲穿越了!而且还是带着直播系统穿越的!穿越到一个魔法斗气的世界,更夸张的是,lol英雄居然是这个世界传说中的神,这个世界的居民崇拜神,并且有机会得到神的眷顾,学习神的技能!不错,就是我们熟知的qwer!当别人为得到一位神的眷顾而欣喜若狂时,孟闲却在发愁技能太多不知道挑哪个!异界直播不好做!三天之内不升级就要被抹杀?一次意外的表白,一个异界版的侏罗纪公园,一场恰逢其会的决斗,场场有大戏,观众沸腾,纷纷护驾!60E大军在地球刷萌、刷赞、刷弹幕!孟闲在异界炫技能、炫皮肤、炫神器!这是一场众目睽睽下的穿越!这是一场人人参与的异界制霸!
热门推荐
  • 爆萌太子妃,邪王轻点宠

    爆萌太子妃,邪王轻点宠

    重生一次,绿萝艾穿越异世,从此那个世人皆知的病秧子废材销声匿迹,千年难遇的天才修行者横空出世!她研习仙术,打怪升级,一步步走上人生巅峰,更有各路美男齐上阵,教她神功,还送她极品装备,简直人生赢家。本来此等待遇已经很满足了,但没想到有朝一日,她还能进宫泡太子当上太子妃,原来人生开挂是如此精彩,某女乐开了花。可就算当了太子妃,还是桃花满天飞,各路美男齐上拥怎么破?某太子终于忍无可忍:“谁若再敢来骚扰我的女人,我定让他有来无回!”--情节虚构,请勿模仿
  • 武逆伐仙

    武逆伐仙

    寒窗十年,终为一州魁首!无奈八脉缺一,武道之路断绝。又遭人陷害,被夺文名!坠崖身死!所幸魂识不灭,上穷碧落下黄泉!终得皓首穷经!百日塑体,王者归来!且看林家小子,如何搅动风云!继往圣绝学,开万世太平!
  • 圆楼里的思念

    圆楼里的思念

    故事叙述圆楼里几代人为了追求幸福生活不断奋斗的历史,但“奶奶”“爸爸”两代人的奋斗总受历史时代的局限,付出的努力总换不来他们所向往的生活,不住地为抵御饥饿、贫困的折磨而心力交瘁,只有到了“我”这个时代个人的奋斗才与幸福生活划上等号……“奶奶”坚毅果敢、“爸爸”老实懦弱,但共同特征是为了家人能过上好日子甘愿自己一个人吃苦受累,令人感动。故事没有跌宕起伏的情节、尖锐的矛盾冲突,但朴素优美的语言透出浓浓的思念之情和对这个伟大时代的赞颂之情……
  • 世界精灵

    世界精灵

    寻找,不断的寻找。失去同族的罗文踏上了寻找同族的道路,这条注定艰险的道路上他从不停止。
  • 替补新娘之神秘身份

    替补新娘之神秘身份

    我不属于这里,我知道......但是我来自哪里,究竟是谁,这些我都不知道......我这辈子最后悔的一件事就是爱上他,一个近乎完美的高冷男人。如果我死了,是不是这些纠纷就能划上句号呢?
  • 衣橱冒险记

    衣橱冒险记

    我俩打开这满是灰尘的衣橱,看见里面有一件大衣,不小心跌进去了,结果,意想不到的事情发生了……
  • 蛇王专宠:兔妃,红烧了吃

    蛇王专宠:兔妃,红烧了吃

    穿越变小兔,竟然是给蛇王当贡品的。贡品是什么?先玩再吃,吃?难道这里是食兔国?苏蒙蒙果断逃跑。不料却被腹黑蛇活捉,男人一脸邪肆。红宝石眼睛可以用来镶王冠,皮毛做副手套,至于肉嘛……不要啊,蛇王大人,我的眼睛是染色的,某小兔努力挤出几滴眼泪。正好,本王不喜欢红眼的兔子。嘎,某小兔湛黑的眸子闪了闪,我的皮毛营养不良都开叉了。无防,本王可以先把你养顺溜了,再拔皮!【情节虚构,请勿模仿】
  • 东方最胜灯王如来经

    东方最胜灯王如来经

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 穿越有风险

    穿越有风险

    俗话说人有失足,马有失蹄,穿越也有风险。在万千穿越大军中,陈佳佳不幸中招!陈佳佳语录:“老娘就是一悲剧有木有?魂穿的身体不合适老娘忍了,但是穿越过程被一古代小屁孩全程围观是怎么回事?老娘想写诗,老娘想的发明玻璃,老娘想赚钱!哎呦喂小屁孩,能不能离老娘远点?你那眼神怎么回事?老娘是正常人!”(女主麻辣馅儿包子、呆萌,男主绝对忠犬,但女主一直对其有戒心!)
  • 阴阳部曲:死亡酒店

    阴阳部曲:死亡酒店

    这次放假,刚刚认识不久的女朋友突然说要去度假,她订了一个名为戴斯酒店的度假酒店。就在晚上我准备和女朋友休息的时候,突然发生了奇怪的事情……地下室传来的惨叫、那诡异的灯光、背后那看不见的手、以及酒店那宛如血口的大门,好像都在等待着我们......