数学及数学简史课件.ppt
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1、1数学概论(大学文科数学)2第九章 数学及数学简史 1.1 科学史的分期1.2 数学概念及特点 1.3 纯数学的形成和古希腊的数学成就1.4 初等数学的形成以及埃及、中国的数学成就1.5 近代数学的诞生1.6 世界数学中心的转移1.7 中国数学发展的现代化进程3 1.1 科学史的分期4前言n科学史的奠基者和创始人,美国著名学者萨顿(G.Sarton,18841956)曾深刻地指出:“在任何学科中任何一个不知道它的历史概况的人是不能被承认为大师的”。n近代数学的开创者之一,伟大的德国数学家、哲学家莱布尼兹(Leibnitz,16461716)早就指出:“数学史的用处不仅在于历史公正地衡量每一个人
2、,使得后人可能得到同样的称赞,而且还在于促进发展的艺术,而它的方法是通过有名的范例为大家所了解.”5前言n由于科学技术发展的复杂性,导致了科学技术史分期的复杂性.一般来说,专科史(数学史、物理学史,化学史、生物学史、计算机发展史)可以根据科学或技术发展本身的重大转折作为分期的标志.但对于综合科技通史,分期就困难多了.n因为综合通史包含许多学科,由于科学技术发展的不平衡性,以至于它们在各个时期发展参差不齐,因此综合通史只能根据科学技术整体在各个发展阶段所展现出来的性质和特点,同时兼顾社会政治、经济因素作为大致的分期原则.n根据这一原则,就综合通史而论,大致可划分为古代科学技术、近代科学技术和现代
3、科学技术三大历史时期.6古代科学技术(16世纪以前)n这个时期大致包括下述几个部分:这个时期大致包括下述几个部分:n (1 1)古希腊罗马科学技术)古希腊罗马科学技术.n (2 2)中世纪科学技术)中世纪科学技术.n (3 3)中国古代科学技术)中国古代科学技术.7n这个时期科学技术发展的主要特点是:这个时期科学技术发展的主要特点是:n (1 1)内容基本属于现象的描述和经验的总结)内容基本属于现象的描述和经验的总结.此时,此时,虽然已经总结出许多带有普遍性的自然规律,但一般说来虽然已经总结出许多带有普遍性的自然规律,但一般说来还是停留在经验定律阶段,尚未上升为系统的理论还是停留在经验定律阶段
4、,尚未上升为系统的理论.n (2 2)相对来说,古代科学技术往往是以一个个比较孤)相对来说,古代科学技术往往是以一个个比较孤立的发现、发明、论断、定律出现的,属于比较零散的知立的发现、发明、论断、定律出现的,属于比较零散的知识,彼此缺乏必要的联系,没有形成相对独立的学科体系,识,彼此缺乏必要的联系,没有形成相对独立的学科体系,而且它们与哲学结合在一起,以自然哲学形态出现而且它们与哲学结合在一起,以自然哲学形态出现.n (3 3)研究方法主要是直观的观察和思辨性的猜测以及)研究方法主要是直观的观察和思辨性的猜测以及形式逻辑的演绎,正如恩格斯所指出的,是一种形式逻辑的演绎,正如恩格斯所指出的,是一
5、种“天才的天才的自然哲学的直觉自然哲学的直觉”.n (4 4)早期的自然观是自发的唯物主义和朴素的辩证法,)早期的自然观是自发的唯物主义和朴素的辩证法,后来被神学自然观代替后来被神学自然观代替.8近代科学技术(16世纪19世纪)n1515 世纪下半叶,在近代资产阶级革命和资本主世纪下半叶,在近代资产阶级革命和资本主义大生产推动下,近代自然科学也大踏步地前义大生产推动下,近代自然科学也大踏步地前进了进了.哥白尼的哥白尼的天体运行论天体运行论和维萨留斯的和维萨留斯的人体构造人体构造两本著作的出版,是这个时期的两本著作的出版,是这个时期的里程碑里程碑.这个时期大致可分为如下几个阶段:这个时期大致可分
6、为如下几个阶段:n (1 1)近代自然科学理论兴起和以牛顿为代)近代自然科学理论兴起和以牛顿为代表的经典力学体系形成(表的经典力学体系形成(1717世纪)世纪)n (2 2)产业革命和热力学理论的发展()产业革命和热力学理论的发展(1818世世纪)纪)n (3 3)电磁理论和电力技术革命()电磁理论和电力技术革命(1919世世纪)纪)9n这个时期科学技术发展的主要特点是:这个时期科学技术发展的主要特点是:n (1 1)近代科学技术在收集材料的基础上,从现象深入到本质,)近代科学技术在收集材料的基础上,从现象深入到本质,从经验定律上升为系统的科学理论从经验定律上升为系统的科学理论.n (2 2)
7、在形式上,科学与哲学分离,走上了独立发展道路,达)在形式上,科学与哲学分离,走上了独立发展道路,达到了系统的全面的发展到了系统的全面的发展.n (3 3)在研究方法上,近代自然科学强调有目的的实验,是建)在研究方法上,近代自然科学强调有目的的实验,是建立在贯彻实验基础上的实验科学,并广泛应用数学方法使科学知立在贯彻实验基础上的实验科学,并广泛应用数学方法使科学知识日益精确化,同时发展了以实验事实为根据和以归纳推理为主识日益精确化,同时发展了以实验事实为根据和以归纳推理为主要手段的分析和逻辑推理方法要手段的分析和逻辑推理方法.n (4 4)1818世纪的蒸汽技术是在生产实践经验基础上产生的,而世
8、纪的蒸汽技术是在生产实践经验基础上产生的,而1919世纪的电力技术则是在科学理论的指导下形成的,科学技术对世纪的电力技术则是在科学理论的指导下形成的,科学技术对生产实践的指导作用日益显示出来生产实践的指导作用日益显示出来.n (5 5)自然科学全面发展,揭示了自然界本来的辨证发展本质,)自然科学全面发展,揭示了自然界本来的辨证发展本质,导致了辩证唯物主义自然观代替形而上学自然观导致了辩证唯物主义自然观代替形而上学自然观.10现代科学技术(20世纪至今)n19世纪末、20世纪初的物理学革命标志着现代科学技术的产生.现代自然科学的一系列重大突破,开创了20世纪科学技术革命的新纪元.这个时期可分为如
9、下两个阶段:n (1)19世纪末、20世纪上半叶的科学技术革命.n (2)世界新科学技术革命.11n这一时期科学技术发展的主要特点是:这一时期科学技术发展的主要特点是:n (1)物理学革命导致科学理论的重大突破,引起人们观念的)物理学革命导致科学理论的重大突破,引起人们观念的深刻变革,显示了唯物辩证法的无比正确性深刻变革,显示了唯物辩证法的无比正确性.n (2)自然科学改变了过去单纯分化的发展趋势,日益显示出)自然科学改变了过去单纯分化的发展趋势,日益显示出既高度分化又高度综合的整体化趋势,形成了一系列边缘科学和既高度分化又高度综合的整体化趋势,形成了一系列边缘科学和大科学大科学.n (3)科
10、学社会化、社会科学化是当代科技发展的重要特点,)科学社会化、社会科学化是当代科技发展的重要特点,科学技术引起人类社会生活极其广泛而深刻的变化,科学技术已科学技术引起人类社会生活极其广泛而深刻的变化,科学技术已经成为现代国家综合国力不可缺少的重要组成部分经成为现代国家综合国力不可缺少的重要组成部分.n (4)科学技术是生产力,是现代化社会大生产最活跃的生产)科学技术是生产力,是现代化社会大生产最活跃的生产力因素力因素.n (5)科学研究方法除了传统的系统论、信息论和控制论的科)科学研究方法除了传统的系统论、信息论和控制论的科学方法外,又出现了建立在新科学理论基础上的系统论、信息论学方法外,又出现
11、了建立在新科学理论基础上的系统论、信息论和控制论的科学方法和控制论的科学方法.12 1.2 数学概念及特点13 数学(希腊文,来自知识,科学)关于与内容相脱离的形式和关系的科学。一、什么叫数学?数学的最初和基本的对象是空间形式和数量关系。14 一般说来,现实世界的任何形式和关系都可以成为数学的对象,只要它们在客观上与内容无关,能够完全舍弃内容,并且能用清晰、准确、保持着丰富联系的概念来反映,使之为理论的纯逻辑发展提供基础。除此而外,数学不仅研究直接从现实中抽象出来的形式和关系,而且还研究在逻辑上各种可能的、在已知的形式和关系的基础上定义出来的形式和关系。正是这样,就出现了“虚数”、罗巴切夫斯基
12、的“想象”几何学,等等。15 可以把数学定义为关于逻辑上可能的、纯形式(即脱离内容的)的科学,或者定义为关于关系系统的科学,这是因为形式也是整个的各部分关系的系统,而数学中的关系,又总是被看作是任何一些抽象对象之间关系的系统。16 二、数学的特点 1.被舍弃了内容的形式,作为独立的对象而出现;2.数学的结果定理通过逻辑推理由基本概念和前提得到的,缓引经验并不是数学论证;3.数学论断的确定不变性,是它的一个显著特点;174.存在一系列的抽象阶段,以及在已有概念的基础上形成新概念,是数学所特有的;6.数学与其它科学相比有着独特的地位,这是因为,它在研究自然界、社会以及思维领域中的形式和关系时,舍弃
13、了内容且不准借助观察和实验进行论证。因此,不能把数学列为自然科学或者社会科学。5.广泛的适用性是数学的又一个特点;181.3 初等数学的形成和古希 腊的数学成就 19 一、古希腊文化背景 20 随着数学知识的积累,随着已有成果之间联系的建立以及解题法则的统一,推导新结果的理论方法、最初的数学证明也就逐渐形成起来。最后导致一个质的飞跃:形成了具有演绎方法的“纯”数学。不言而喻,这个“飞跃”是相当漫长的。据记载,这是发生在公元前七五世纪的古希腊,数学知识是从埃及传到那里的。二、纯数学的形成 21 值得指出的,泰利斯已经证明了一些最简单的几何定理。几何的系统论述出现在公元前五世纪,德谟克利特提出了对
14、于他那个时代相当深刻的、包含积分萌芽思想的一些论断。不可公度线段的发现及随之建立起来的不可公度比的理论,是希腊数学的巨大成就。这种逻辑构造方法,显然超出了经验知识的范围,是纯数学最后定形的鲜明标志。22三、古希腊几何学的伟大成就 古希腊人对数学似乎有特别大的兴趣,尤其是在几何学方面。这在一定程度上应当归功于毕达哥拉斯派和柏拉图。他们都是数学的崇拜者和鼓吹者。据说柏拉图在他所创办的学园的大门口上就写着:“不懂几何学者不得入内”。在其他古国,数学基本上是一门实用性的学科,而在古希腊,也象我们所看到的天文学的情况那样,他们是着重于向理论发展的。古希腊最早的数学家可能还是泰利士。23n公元前五世纪,在
15、古希腊曾存在过一个被称为智者派的哲学派别,他们之中有一些数学家提出了下列三个著名的几何作图难题,即只用圆规和直尺,作一正方形使其面积等于一已知圆的面积;作一立方体使其体积等于一已知立方体的两倍;三等分一任意角。这三大难题会在很长的时期内吸引了许多数学家,后来才证明了这都是不可能的。n欧多克索的学生美尼克谟(Menaechmos,公元前375?-前325?)的最重要的成就是发现了圆锥曲线。24n古希腊后期,学术中心转移到了埃及的亚历山大城,古希腊数学的最后成果是在那里总结和完成的。生活在亚历山大城的欧几里得(Euclid of Alexandria,公元前323?一前235?)是古希腊最享盛名的
16、数学家,以他的主要著作几何原本而著称于世。25n 阿基米德(Archimedes,公元前287?-前212)是古希腊后期最伟大的科学家,他的工作涉及到理论和实用的许多领域。在数学主面他留下了不少著作,主要是几何学方面的,这些著作被认为是古希腊数学的顶峰。26n自公元前七五世纪纯数学形成之后,数学发展的第一个时期是初等数学时期。这个时期一直延续到十七世纪,并且又可划分为根本不同的两个阶段。第一个阶段(希腊数学阶段)的特点是,几何学得到深入发展并且占据着统治地位,希腊人把它发展到紧接着解析几何和积分学的建立;第二个阶段的特征是,初等代数得到长足发展并形成数的一般概念(实数),(印度、中亚、阿拉伯东
17、方、西欧一些国家)且得到完善,在这个阶段,笛卡儿引进了代数的现代符号,从而使代数获得了最适合其内容的形式 n数学发展的下一个时期是从十七世纪初到十九世纪中叶。通常把它定义为变量数学时期。27 四、欧几里得几何 公元前300年左右,欧几里得写出了原本。在这部著作中,他汇集了并系统地表述了当时可得到的全部几何知识。该书把希腊的几何学提高到一个新的水平,而且是西方思想文献中最有影响的经典之一。281.4 初等数学的发展以及埃及、印度、中国的数学成就29 数学的形成应该从算术和几何出现开始。算术和几何的最简单概念,是在日常生活实践基础上形成的,这要追溯到人类社会发展的远古时代。对这些知识系统化及形成一
18、些规律和法则,是数学本身诞生的时间,即由积累知识转变成一门科学的时间。这发生在公元前32千年间的许多国家:埃及、巴比伦、中国、印度。在这个时期,在实践基础上形成了一些数学法则。30一、古代两河流域和古埃及的数学u他们在代数学方面的工作很有成绩,他们不但能解一元一次方程、多元一次方程。也能解一些一元二次方程,甚至一些较为特殊的三次方程和四次方程。u把周角分为360,1分为60,1分为60,即我们现在所通用的方法,也是从古代两河流域开始的。31二、古印度的数学成就u古印度在数学方面有相当大的成就,在世界数学史上有重要的地位。自哈拉巴文化时期起,古印度人用的就是十进制记数,后来这种记数法为中亚地区许
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