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笛卡儿如何创立解析几何学?

笛卡儿如何创立解析几何学?

笛卡儿(1596~1650)笛卡儿,法国数学家、物理学家,出生于法国安德尔—卢瓦尔省。

笛卡儿的最大贡献是创立了解析几何学。在分析了几洞答渗何学和代数学各自的缺陷以后,他找出了把两者结合起来的方法,这就是解析几何学举没。笛卡儿的基本思想是,在平面上建立点的坐标,而一条曲线就可以由一个含两个变数的代数方程来表示。这样把一个几何问题通过坐标系归结为代数方程。用代数方程研究这个方程性质后,再翻译成几何语言,就得出几何问题的解法。笛卡儿用这种方法研究了具有两个变数的二次方程,并指出了这种方程一般表示椭圆、双曲线或抛物线。

解析几何学的建立使变数进入了数学,引起了数学的深刻革命,解决了生产纳脊和科学技术中的许多重大问题,大大促进了生产和科学技术的发展。

梦中的灵感

那是一个深秋的夜晚,年轻的士兵笛卡儿正躺在军用帐篷里。一缕月光透过帐篷的缝隙照射在床上,让笛卡儿想起了天上的繁星。怎么给天上的每一颗星星确定位置,这是个笛卡儿日思夜想而不得其解的问题。

今晚,他的思绪特别活跃,以至于很难入睡。如果有一张星星的位置图……可是天上的星星那么多,而且星空也不断地变化,怎么可能画好呢?即使画出来了,要寻找某一颗星星时,还得拿出整张图来,多么不方便!要是能用几个简单的数字来表示就好了……

突然,一阵哨声响起,帐篷外传来了教官的脚步声,是教官来查营了。

笛卡儿赶紧起身,敬礼道:“您好,长官!”

教官回礼后,将笛卡儿拉出了帐篷,说:“你不是整天想要用数字来表示天上的星星的位置吗?”

“是的,长官!”笛卡儿一听到这话,非常兴奋,“可是,怎么表示呢?”

只见教官从身后抽出2支箭,将箭搭成一个“十”字形,并将这“十”字高举过头,对笛卡儿说:“你看,假设我们把天空看成一个平面,这个‘十’字架将平面分成4个部分。再假定这2支箭能朝4个方向射得无限远,那么,无论天上有多少颗星星,每一颗星星只要向这2支箭上分别引出2条垂直线,就可以得到2个数字。这样,这颗星星的位置不就能轻而易举地确定了吗?”

“对呀!”笛卡儿恍然大悟,兴奋不已,猛地抱住了长官……

突然,笛卡儿睁开眼睛,发现自己正紧紧地拥抱军用毛毯呢,根本就没有什么教官!原来只是一个梦。笛卡儿忙用力捏了一下自己的大腿,痛!刚才真的是在梦中。

不过,这个奇特的梦却启示了他。醒来后,笛卡儿马上整理了自己的思路,最后,坐标系在脑海里形成了。

首先,笛卡儿建立了2条数轴,它们之间垂直交叉,交叉点称为原点。这两条数轴分别命名为x轴和y轴。也就是今天的平面直角坐标系。有了这个坐标系之后,如果平面内有一点,并且已知这点分别到两条坐标轴的垂直距离,即可确定这一点的位置;反之亦然。这样,笛卡儿通过坐标系的建立,确定了平面上的点与有顺序的实数对(x,y)之间的一一对应关系,从而架起了一座沟通几何与代数的桥梁,为后来各门学科的进一步发展提供了简捷的手段。