数学史 · 中文镜像

数学家传记

希庇亚Hippias

出生
约公元前460年 希腊伯罗奔尼撒伊利斯
逝世
约公元前400年

希庇亚是苏格拉底的同时代希腊人,他对数学的唯一贡献似乎是割圆曲线——他可能用它来化圆为方和三等分角。

完整传记

希庇亚 是一位政治家和哲学家,他四处游历,靠提供服务赚钱。他讲授诗歌、语法、历史、政治、考古学、数学和天文学。柏拉图 将他描述为一个虚荣的人,既傲慢又自夸,拥有广泛但肤浅的知识。托马斯·利特尔·希思 在 [3] 中写到他的这一性格特点时告诉我们:-

他声称……曾带着所有穿戴都是自己制作的东西去过一次奥林匹亚节,包括戒指和凉鞋(刻有花纹)、油瓶、刮身板、鞋子、衣服,以及一条昂贵类型的波斯腰带;他还带了诗歌、史诗、悲剧、酒神颂和各种散文作品。

至于 希庇亚 的学术成就,托马斯·利特尔·希思 写道:-

他是计算科学、几何学、天文学、‘节奏与和声以及正确书写’的大师。他还有一种奇妙的记忆术系统,使他一旦听到一串五十个名字就能全部记住。

一个相当有趣的故事,与其说是在讲希庇亚,不如说是在讲斯巴达人:据说他在斯巴达讲学没有收到报酬,因为[3]:-

……斯巴达人无法忍受关于天文学、几何学或计算的讲学;他们中只有极少数人甚至能计数;他们喜欢的是历史和考古学。

据说希庇亚讲授考古学,他在斯巴达讲学时似乎选错了主题!

希庇亚对数学的唯一贡献似乎是割圆曲线,他可能曾用它来解决trisecting an anglesquaring the circle。这条曲线可用于将角分成任意数量的等份。也许我们能给予希庇亚的最高赞誉,是报告某些数学史家的论点,他们声称发现割圆曲线的希庇亚不可能是希庇亚,因为当时的几何学尚未发达到足以让他做出这些发现的程度。然而,他们的论点并未被普遍接受,且有充分证据将割圆曲线的发现归功于希庇亚。

托马斯·利特尔·希思 [3] 写道:-

大概在公元前420年左右,希庇亚为了三等分任意角的目的发明了称为割圆曲线的曲线。

然而这远不确定,并且有一些证据表明,公元前一世纪写作的杰米纽斯拥有一部希庇亚关于割圆曲线的论著,其中指出了如何用它化圆为方。如果情况确实如此,那么希庇亚的论著必定在这时与公元三世纪的Sporus之间丢失了。

帕普斯于340年写了他的几何学主要著作Synagoge。这是一部八卷本的数学著作集。第四卷包含对希庇亚的割圆曲线的描述。
插图:Quadratrix.gif ↗
看割圆曲线的图。

ABCDABCD是正方形,BEDBED是圆的一部分,圆心为AA,半径为ABAB。当半径ABABAA旋转到位置ADAD时,直线BCBC以相同速率平行于自身移动,最终到达ADAD。那么,旋转半径ABAB与移动直线BCBC的交点FF轨迹就是割圆曲线。因此

angle EADangle BAD=arc EDarc BED=FHAB\Large\frac{\text{angle } EAD}{\text{angle } BAD}\normalsize = \Large\frac{\text{arc } ED}{\text{arc } BED}\normalsize =\Large\frac{FH}{AB}

所以,取AB=1AB = 1

EADEAD = 弧EDED = FH×π2FH \times \Large\frac{\pi}{2}

要将角FADFAD按给定比,比如p:qp : q,进行分割,然后在直线FHFH上取一点PP,使其按比p:qp : q分割该直线。
PP作平行于ADAD的直线,与割圆曲线交于QQ。于是AQAQ按比p:qp : q分割角FADFAD

帕普斯还给出了化圆为方所需的更为复杂的作图版本。然而,帕普斯报告说,Sporus对希庇亚的方法有两点批评,他同意这些批评。第二点具体涉及我们尚未描述的化圆为方所需的作图。但第一点涉及割圆曲线本身的作图。帕普斯报告说,Sporus写道(见[3]):-

作图被认为所要达到的目的本身,实际上已在假设中被假定了。因为,若从B出发的两个点,一个沿直线运动到A,另一个沿圆周运动到D,且所用时间相等,除非你先知道直线AB与圆周BED之比,否则这怎么可能呢?事实上,这个比也必定是运动速度之比。因为,如果你采用并未明确调整到这个比的速度,那么除非纯属偶然,否则你怎么能使这两个运动在同一时刻结束呢?这样看来,这件事岂不是荒谬的吗?

这里的要点似乎在于希庇亚究竟想用他的割圆曲线表明什么。当然,他完全清楚自己并没有为化圆为方提供一种尺规作图。正如帕普斯Sporus所暗示的,他关于化圆为方究竟证明了什么,远不清楚。

参考文献

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