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談分析與綜合法 (第 2 頁)

蔡聰明

 


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.原載於科學月刊二十五卷十一期
.作者當時任教於台大數學系
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歐氏幾何

歐氏幾何的建立,可以說是分析與綜合法所結出的果。 古希臘人從古埃及與巴比倫接收了許多經驗式的幾何知識, 接著是加以整理與錘煉。首先是畢氏學派,他們分析幾何圖形的結構:

圖形 → 線段 → 點

反過來是綜合:由點組合成線段,再組合成幾何圖形。 我們不妨稱之為幾何的原子論 (geometric atomism)。 點相當於幾何圖形的原子

畢氏學派大膽地主張:點有一定的大小, 從而任何兩線段皆可共度。由此證明了長方形的面積公式、 畢氏定理與相似三角形基本定理等等,一切似乎相當成功。 然而.後來他們利用歸謬法發現了正方形的一邊與對角線不可共度 (incommensurable),於是畢氏學派的幾何研究綱領破產。

歐氏重新分析所有的幾何知識,一個命題接著一個命題逐步 「倒行逆施」,最後終於抵達「直觀自明」 的五條公理。再來是回頭的綜合,由五條公理推導出所有的幾何定理。 由於歐氏只展示出綜合的過程,而略去分析的過程, 故歐氏幾何又叫做綜合幾何 (Synthetic geometry)。

歐式的曠古名著(共13冊)取名為《The Elements》,為什麼呢? 根據普羅克拉斯 (Proclus) 的說法,歐氏分析幾何命題之間的邏輯關連, 到達五條公理時,他認為這些已經是「幾何的要素 」(the elements of geometry),相當於物質世界的原子或「水、火、土、氣」 (古希臘的四元素說),不能或不必再分析下去了。

歐氏幾何流傳到中國時,由利瑪竇(Matteo Ricci, 1552∼1610) 與徐光啟在1607年合譯出前六冊,並且將《The Elements》 譯成《幾何原本》,這雖然沒有切中原意, 但還是可以接受。有趣的是,利瑪竇在到中國傳教之前, 曾教過伽利略(Galileo, 1564∼1643)幾何學課程, 引起伽利略對數學產生深刻的興趣(參見《世界數學簡史》 423頁,凡異出版社),伽利略甚至倡言:「偉大的自然之書打開在我們的面前,……。它是用數學語言寫成的,並且所用的字母就是三角形、 圓以及其他幾何圖形。」

伽利略首創假說演繹法 (Hypothetico-deductive method),即大膽拋出假說,推導出結論,再用實驗如以檢驗。這個方法其實跟分析與綜合法具有密切的關連。

   

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編輯:洪瑛 / 繪圖:簡立欣 最後修改日期:2/17/2002