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從歐幾里得到微分幾何
什麼是幾何學
(第 3 頁)

陳省身
整理:林麗明

 


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.原載於科學月刊第十八卷第六期
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坐標幾何

歐幾里得幾何之後,第二個重要的發展是坐標幾何。這是法國哲學家、數學家笛卡兒(1596∼1650年),對於研究幾何,引進了坐標的概念,因此可用解析的方法來處理幾何的問題。坐標就是說:假使在 X-Y 平面上,有兩個軸:X 軸和 Y 軸,那麼一個點的兩個 XY 坐標,就分別以如圖四中的兩個相對應的度量來表示。



圖四

因此幾何的討論可用解析方法,即:

\begin{eqnarray*}
\mbox{{\fontfamily{cwM2}\fontseries{m}\selectfont \char 245}} ...
...s0.1pt{\fontfamily{cwM5}\fontseries{m}\selectfont \char 16}} = r
\end{eqnarray*}


於是幾何的問題便成為代數的問題。

這樣的發展不但使幾何問題的處理容易些,更有其重大的意義:

一、解析之後,使可研究的圖形的範圍擴大,除了直線的一次方程式, 或者圓周的二次方程式,我們還可以取任意的方程式 f(x,y)=0, 討論所有點它的坐標 (x,y) 適合這樣方程式的軌跡。 因此許多用幾何的方法很難處理的曲線,在解析化之後, 都可從表示它的方程式中得到有關的幾何性質。

二、研究的圖形不再局限在二維的平面上,可推廣至高維的空間。 世界上的事情,如果只用二維的平面,往往不足以表示, 需要取更多的坐標。例如我們所在的空間是三維,有 xyz 三個度量。 假使要用幾何來表示物理的問題,那麼三個度量之外,尚須加一個時間 t, 所以物理的空間就變成了四維的空間;不但如此,假使有一點在三維空間運動,那麼除了需要 (x,y,z) 來表示點的位置, 還需要這三坐標對時間的微分來表示它的速率, 即 ( $\frac{dx}{dt} ,\frac{dy}{dt}, \frac{dz}{dt}$), 這就成了六維空間。所以種種的情形都指示我們有必要考慮更高維的空間, 來表示自然的現象。

解析幾何把幾何研究的範圍大大地擴大了,而科學發展的基本現象, 就是要擴大研究的範圍,了解更多的情形。笛卡兒的解析幾何, 便達到了這個目的,使幾何學邁入一個新的階段。

   

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編輯:楊佳芳 / 校對:楊佳芳 / 繪圖:張琇惠 最後修改日期:2/17/2002