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阿基米德與圓柱容球

來(lái)源:人教網(wǎng) 2009-08-12 09:25:51

智能內(nèi)容

  阿基米德(archimedes)于公元前287年出生在意大利半島南端西西里島的敘拉古,公元前212年于同地被害。

  近代數(shù)學(xué)史家倍爾(erictemplebell,1883~1960)曾說(shuō)過(guò):"任何一張關(guān)于有史以來(lái)最偉大的數(shù)學(xué)家的名單中,必定會(huì)包括阿基米德。另外兩個(gè)通常是牛頓和高斯。不過(guò),以他們的豐功偉績(jī)和所處的時(shí)代背景來(lái)對(duì)比,拿他們影響當(dāng)代和后世的深邃久遠(yuǎn)來(lái)比較,還應(yīng)首推阿基米德。"

  阿基米德發(fā)現(xiàn)了杠桿原理和浮力原理。

  本書第23段記述的是阿基米德利用排開(kāi)液體的體積來(lái)測(cè)量王冠的體積,從而判斷皇冠是否由純金制成的故事。

  傳說(shuō)在阿基米德晚年,在敘拉古與它的盟國(guó)羅馬共和國(guó)分裂后,羅馬派了一支艦隊(duì)來(lái)圍城。當(dāng)時(shí)阿基米德負(fù)責(zé)城防工作,他設(shè)計(jì)制造了一些靈巧的機(jī)械來(lái)摧毀敵人的艦隊(duì)。他用投火器將燃燒的東西彈出去燒敵人的船艦,用一些起重機(jī)械把敵人的船只吊起掀翻,以至后來(lái)羅馬人甚至不敢過(guò)分靠近城墻,只要看見(jiàn)城墻出現(xiàn)象繩子之類的玩意兒,就嚇得趕快逃跑。

  然而三年以后,即在公元前212年,該城還是被攻陷了。

  據(jù)說(shuō)羅馬兵入城時(shí),統(tǒng)帥馬塞拉斯出于敬佩阿基米德的才能,曾下令不準(zhǔn)傷害這位賢能。而阿基米德似乎并不知道城池已破,又重新沉迷于數(shù)學(xué)的深思之中。

  一個(gè)羅馬士兵突然出現(xiàn)在他面前,命令他到馬塞拉斯那里去,遭到阿基米德的嚴(yán)詞拒絕,于是阿基米德不幸死在了這個(gè)士兵的刀劍之下。

  另一種說(shuō)法是:羅馬士兵闖入阿基米德的住宅,看見(jiàn)一位老人在地上埋頭作幾何圖形(還有一種說(shuō)法他在沙灘上畫圖),士兵將圖踩壞,阿基米德怒斥士兵:"不要弄壞我的圓!"士兵拔出短劍,這位曠世絕倫的大科學(xué)家,竟如此地在愚昧無(wú)知的羅馬士兵手下喪生了。

  馬塞拉斯對(duì)于阿基米德的死深感悲痛。他將殺死阿基米德的士兵當(dāng)作殺人犯予以處決,并為阿基米德修了一座陵墓,在墓碑上根據(jù)阿基米德生前的遺愿,刻上了"圓柱容球"這一幾何圖形。

  隨著時(shí)間的流逝,阿基米德的陵墓被荒草湮沒(méi)了。后來(lái),西西里島的會(huì)計(jì)官、政治家、哲學(xué)家西塞羅(公元前106~前43年)游歷敘拉古時(shí),在荒草發(fā)現(xiàn)了一塊刻有圓柱容球圖形的墓碑,依此辯認(rèn)出這就是阿基米德的墳?zāi)梗⑺匦滦迯?fù)了。

  阿基米德為什么希望在自己的墓碑上刻上圓柱容球的圖形呢?這是因?yàn)椋⒒椎略谒脑S許多多的科學(xué)發(fā)現(xiàn)當(dāng)中,以圓柱容球定理最為得意。

  圓柱容球定理是這樣的:

  圖中所示的圓及其外切正方形繞圖中由虛線表示的對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)一周生成的幾何體稱為圓柱容球。在圓柱容球中,球的體積是圓柱體積的,球的表面積也是圓柱全面積的。

  在今天看來(lái)這個(gè)定理不難證明。事實(shí)上:

  設(shè)圓的半徑為r,球的體積與圓柱的體積分別為v球及v柱,球的表面積與圓柱的全面積分別為s球及s柱,則有

  s柱=側(cè)面積+上下底面積

  但是在阿基米德之前,人們還不知道球的面積公式和體積公式。正如a·艾鮑博士在《早期數(shù)學(xué)史選篇》中所說(shuō)的:如果說(shuō)歐幾里德《幾何原本》是前人工作的匯編的話,那么,阿基米德的每一篇論文都為數(shù)學(xué)知識(shí)寶庫(kù)作出了嶄新的貢獻(xiàn)。

  尤其令人驚嘆的是,阿基米德對(duì)于圓柱容球定理的證明,用的竟是從杠桿原理開(kāi)始談起的力學(xué)方法!

 

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