1分鐘為什么有60秒?兩千多年前的人如何測量地球的周長?計算機與程序員的真正鼻祖分別是誰?猴子多了就能寫出莎士比亞嗎?一只蝴蝶如何引發龍卷風?……
本書從科學史的角度,依照時間順序介紹了有史以來具有突破性的50個重大數學發現。這些發現不僅是數學這門學科的飛躍,也影響著人類生活和世界科技的發展:從遠古人類在骨頭上留下的計數刻痕,到只需按下按鈕就能自行運算的機器,現代社會的幾乎每一個進程和模式都以數學為核心。在這些問題的發現、探索和解決中,數學的純粹和邏輯之美盡數體現。不論你感興趣的是算術、幾何、統計、邏輯學還是計算機科學,這本書都能讓你找到許多有趣且深具啟發性的解答。翻開這本書,你就能進入這個用頭腦構建出的世界,感受數學家們的奇思妙想。
★精選數學史上50個變革性突破,快速了解它們的發現、探索和解答過程,發現數學與日常的緊密聯系,原來生活中使用的數學這樣出現:阿拉伯數字其實起源于古印度,簡單的勾股定理歷經了千年證明,天花板上的蒼蠅啟發坐標系的誕生……
★以時間為序,回溯數學的發展歷程;用數學家串聯,構建從古到今的數學發展脈絡。代數、統計、幾何……無論對哪一門類感興趣,都能在這本書中找到回應;遇見斐波那契、牛頓、笛卡兒、圖靈等人類歷史上的杰出頭腦,從這些拓荒者和創新者事跡中獲得新知。
★用通俗語言描述偉大發現,快速輕松讀懂數學的樂趣。再現與這些發現相關的時代背景、軼聞趣事,從此數學和數學史都不再艱深難讀,適合科普愛好者、學生入門啟蒙。
★后現代風格插畫,活潑醒目、不拘一格,讓人過目難忘。全彩四色印刷,創意拼貼風格,一本既潮又酷的趣味數學史!
數學以其自身模式和精妙之處區別于其他學科。這門學科的發展并不依賴外在的物質世界,比如鉛的重量、天空的藍色、火藥的可燃性……數學上取得的進步往往源于純粹的洞察力和邏輯。直至今日,數學家們在譜寫屬于他們的數學奇跡時也不過是用紙和筆。
實驗表明,烏鴉、大鼠、黑猩猩等許多動物的計數能力都令人驚嘆。這么看來,要說早期人類也有不掰手指做心算的本事,倒在情理之中。
畢達哥拉斯是早的數學先驅之一。約公元前580年,他出生于古希臘的薩摩斯島,后來在意大利南部的克羅托內創辦了一所數學學校。在這所學校里,他的追隨者們戒食豆子、不許碰白色羽毛,也不許在陽光下撒尿。雖然不是他創造了著名的畢達哥拉斯定理(a^2+b^2=c^2),但他證明了這一定理。事實上,他引入了證明的概念,這是數學的基本原則之一。在數學這門學科中,證明即一切;反之,科學無法證明任何東西。科學家能夠推翻某一觀點,但永遠無法證明它。
證明是費馬大定理的關鍵所在。在討論畢達哥拉斯定理的那一章1頁邊空白處,法國律師皮埃爾·德·費馬寫道:當整數n大于2時,關于x、y、z 的方程x^n+y^n=z^n 沒有正整數解。除此之外,他還寫了一句話:我發現了一個絕妙的證明方法,不過這面的頁邊實在太窄了,寫不下。不過,他的這一說法直到1665年他去世后,才為世人所知。之后長達330年的時間里,杰出的數學家們苦尋他的證法,卻徒勞無功。直到1994年,安德魯·懷爾斯終于解決了這個難題。但是,懷爾斯的證明足足列了150頁,還使用了在費馬那個時代還未知的數學方法。因此,我們可能永遠都不會知道當時的費馬是否說了真話。
數學常用于解謎。比薩的萊昂納多(以斐波那契這個名字為人所知)在《計算之書》(Liber Abaci,1202)中以謎題的形式引入了一串新奇的數列。他讓讀者們想象有一對幼兔,它們長大要一個月的時間,然后再過一個月,就能生下一對小兔子。而它們生下的這對小兔子,長大又要一個月。那么問題來了:每個月的月底會有幾對兔子?答案是1,1,2,3,5,8,13,21,34,…。這個數列可以無限遞推,其中每一項都等于前兩項之和。大自然中,斐波那契數列隨處可見。比方說,花通常有3、5或8片花瓣;松果上的鱗片通常在順時針方向呈現8 條螺旋線,在逆時針方向呈現13條螺旋線。斐波那契才智過人,他還學會了阿拉伯數字系統,并將其引入西方世界。
如果沒有這些前輩,緊隨其后的數學拓荒者們就永遠都無法獲得更多發現。沒有斐波那契,牛頓和萊布尼茨就不會發明微積分;沒有微積分,歐拉、高斯、拉格朗日和帕斯卡的許多想法也無法為人所知;沒有這些想法,伽羅瓦、龐加萊、圖靈和米爾扎哈尼等人的研究也將舉步維艱……這樣的例子不勝枚舉。當然,更別提費馬大定理的證明了。
所有這些數學發現,包括斐波那契的兔子和他的數列,都是在前人的研究基礎上不斷向前發展、向外延伸的。正因如此,數學還有著更廣闊的疆域,待人們探索發現。
亞當·哈特-戴維斯,英國科學家、作家、攝影師、電視節目主持人,畢業于牛津大學莫爾頓學院化學系,在約克大學取得有機金屬化學博士學位,之后曾在牛津大學出版社擔任科學圖書編輯。曾主持BBC的地方英雄明日世界等節目,成為知名的科普傳播人士。他擁有14個榮譽博士學位,曾獲得英國皇家工程院頒發的獎章。創作和參與編寫的著作超過30本,包括《薛定諤的貓:改變物理學的50個實驗》《巴甫洛夫的狗:改變心理學的50個實驗》《DK偉大工程》《DK科學百科》等。
引言
1. 摸索前行:公元前20000公元前400年
約公元前20000年 伊尚戈骨上刻的是什么?遠古人類
公元前20000前3400年 為什么是數到10?遠古人類
約公元前2700年 為什么1分鐘有60秒?蘇美爾人
約公元前1650年 可以化圓為方嗎?古埃及人、古希臘人
約公元前1500年 埃及分數怎么表示?古埃及人
約公元前530年 何為證明?畢達哥拉斯
約公元前400年 無限有多大?古希臘人
2. 問題和解題:公元前399公元628年
約公元前300年 誰需要邏輯?歐幾里得
約公元前300年 質數有多少?歐幾里得
約公元前250年 何為 ?阿基米德
約公元前240年 地球有多大?埃拉托色尼
約公元250年 代數之父多少歲?亞歷山大城的丟番圖
約公元628年 何為無?婆羅摩笈多
3. 兔子與現實:公元6291665年
約公元820年 不用數字能運算嗎?阿爾-花剌子模
1202年 有多少只兔子?斐波那契
1572年 數字都是實數嗎?拉斐爾·邦貝利
1614年 如何用骨頭做加法?約翰·奈皮爾
1615年 酒桶有多大?約翰內斯·開普勒
1637年 何為笛卡兒坐標?笛卡兒
1653年 何為概率?布萊士·帕斯卡
1665年 如何計算寸步之速?艾薩克·牛頓、戈特弗里德·萊布尼茨
4. 彌合數學中的鴻溝:16661796年
1728年 何為歐拉數?萊昂哈德·歐拉
1736年 你能一次性走完7座橋嗎?萊昂哈德·歐拉
1742年 偶數能被分成質數嗎?克里斯蒂安·哥德巴赫
1752年 如何計算流量?丹尼爾·伯努利
1772年 浩瀚宇宙,何處停留?約瑟夫-路易·拉格朗日
1796年 螞蟻知道自己在球上嗎?卡爾·弗里德里希·高斯
5. 救生、邏輯和實驗:17971899年
1807年 波如何導致溫室效應?讓-巴普蒂斯·傅里葉
1815年 振動如何產生圖案?瑪麗-索菲·熱爾曼
1832年 何以為解?埃瓦里斯特·伽羅瓦
1837年 機器能制表嗎?查爾斯·巴貝奇、阿達·洛芙萊斯
1847年 何為思維定律?喬治·布爾
1856年 統計數據如何救死扶傷?弗洛倫斯·南丁格爾
1858年 幾個側面和幾條邊?奧古斯特·莫比烏斯、約翰·本尼迪克特·利斯廷
1881年 歸入哪個圓?約翰·維恩
1899年 為什么存在混沌系統?亨利·龐加萊
6. 在思想和宇宙中:19001949年
1913年 猴子多了就能寫出莎士比亞嗎?埃米爾·博雷爾
1918年 能量始終守恒嗎?艾米·諾特
1918年 的士數趣味知多少?斯里尼瓦瑟·拉馬努金
1928年 取勝的方法?約翰·馮·諾依曼
1931年 是否完備?庫爾特·哥德爾
1948年 何為反饋回路?諾伯特·維納
1948年 傳輸信息的方式?克勞德·香農
1949年 該不該改變策略?約翰·納什
7. 現代計算機時代:1950 年至今
1950 年 機器能解決所有問題嗎?艾倫·圖靈
1963 年 蝴蝶如何引發龍卷風?愛德華·洛倫茲
1974 年 飛鏢和風箏鋪就了什么?羅杰·彭羅斯、莫里茨·科內利斯·埃舍爾
1994 年 費馬真的證明了嗎?安德魯·懷爾斯
2014 年 物體如何沿曲面運動?瑪麗亞姆·米爾扎哈尼
2018 年 何為盾狀棱柱?佩德羅·戈麥斯·加爾韋茲等
名詞表