点滴趣轶:欧几里得与几何

过去的中学几何学课本的内容,大都是以古希腊数学家欧几里得的《几何原本》为蓝本改编而成的,其内容的难度随着时间的流逝变得越来越简单、容易。今天的几何教材采取“删繁精简”,保留了有用的、最基本的传统几何知识,为中学生学好几何知识提供了保证。但是,在很久以前,由于几何学课本内容繁复,曾有人编写诗歌表示对几何学的厌烦:

人生在世能几何?何必苦苦学几何?
学了几何值几何?不学几何又几何?

这首打油诗出现在抗日战争年代。当时,有一学生报考四川大学,做几何问题时无能为力,便在试卷上写了此诗。此卷被阅卷先生看到后,他批评地写道:“此生几何既差,且意志消沉,殊不足取。然打油诗尚有巧思,建议姑给五分。”当时高校招生考试制度规定:有一科得零分不得录取。该生有了5分(百分制),便可和其他学科考分取平均,由于其他科考分高,故被录取,进入四川大学。

类似的顺口溜,也常挂在少数学生口中:“几何几何,叉叉角角,术语很多,入门难学。”

今天的中学生里当然不会有这种人,他们大都明确学习几何的目的。少数人虽然学起来有困难,但在教师指导帮助和学生本身刻苦努力下,是能够学好几何的,在此,笔者也以一首打油诗相赠抗战时期的那位学生:

人生有限学几何,苦乐酸甜趣味多。
训练思维增能力,千里之行是基础。

关于欧几里得的几何故事,我们要引申一下。

欧几里得的《几何原本》是历史上一部不朽的数学巨著,其中标准化的演绎推理,公理化体系在世界数学教育中立下大功,影响了许多伟人和学者。但随着星移斗转、社会的发展进步和实际的需要,人们发现了它有些落后的体系内容问题,一些人对它提出了修改建议。如张景中院士等指出:欧几里得几何的逻辑体系好比城市的交通系统,是串联式逻辑结构特征,前节学不好,往前走的路就断了。欧氏几何把我们带进了一个精致瑰丽的古代园林,园中有目不暇接的美景,但却没有方便的交通设施,稍不留意,便不知何处是四通八达的中心车站。我们只有小心翼翼地跟在这位老向导的后面,才能找到正确的道路饱览胜景。如果粗心一下,就会迷路。

张景中院士指出,欧氏几何体系没有提供一套强有力的、通用的解题方法,不像四则运算体系,学了可解算术题;也不像方程,学了可解应用题等。欧几里得为我们留下了一个很美的,但却是相对封闭的花园,它是一颗没有串上金线的珍珠。它不为算术,又不为代数提供解题的锐利武器。它拥有丰富的多姿多彩的习题,但并不为它们的姐妹——代数提供学习、巩固、提高的用武之地,更没有暗示出现解析几何(代数与几何相结合的产儿)的先兆。

张景中院士在改革几何难方面做出了贡献,见后介绍。

可以说,历代改革欧氏几何的浪潮都像大海一样澎湃。当代法国著名的布尔巴基学派创造人之一狄东尼(T. Dievdonne,1906—)于1959年9月在德国召开的由欧洲经济共同体派人出席的会议上,研究各国教育现状,以便提出数学革新方案。他在此会议上提出了“欧几里得滚蛋”的惊人口号,遭到世界许多人的非议。5年后的1964年,他主张用向量运算建立欧氏几何。他曾著文“我们应讲授新几何吗”,文章写道:“数学的主要目的在于向学童指出怎样把粗糙的、杂乱的时空意识逐步组合成一些逻辑结构……我们不是取消欧氏几何,而是取消陈腐的教学方式,以弄清几何的含意和提高它在数学的中心地位及其普遍效能。”显然,他改变了全盘否定的态度。

欧几里得的生平轶事流传下来的甚少,目前只知有两个传说故事:

故事一 古埃及国王托勒密(Ptolemy)曾向欧几里得学习几何,国王被一串的定理、定义弄得头昏脑涨,便提出请求:“能不能把您的几何弄得简单一些呢?”欧几里得回答道:“没有一条专为国王而设的通向几何之路。”

故事二 有一个人想学习几何学,拜欧几里得为师。他学习了几何公理以后,突然问:“老师,学习这些能给我带来什么利益?”欧几里得把脸一沉,马上唤来家奴:“给他三个钱币,因为他想在学习中获取实利。”并对学生说:“先生,你可以走了,因为你已经通过学习几何而获取实利啦!”他开除了这位学生。

这两个故事都表明几何是不容易学的。其中也反映了学生对欧氏几何重推理、轻实践的一个善意的批评,这也代表了古人和今人的一个意见。

因此,古今很多师生都感到欧氏几何存在不简单、不大众化、联系实际少,只有少部分人喜欢、学得好,这是客观存在的。而对大多数人来说,已经意识到了这一点。因此,许多国家已开始或成功地对欧氏体系进行改革,将其体系通俗化、大众化、推理简洁化,在这方面已有许多改革方案,有的已实施,有的正在实验中。我国也做了大量的“删繁精简”的工作。特别是吴文俊与张景中院士用计算机证明几何定理、几何题目上,从理论与实验,已有了重大突破,对一些能把几何问题转变为代数问题,或者与面积有关的一些几何命题,都可用计算机证明,但对几何作图、几何不等式或添加辅助线等问题,尚未取得令人满意的成果,人们正在努力。

但是,令人遗憾的是,计算机证明几何等问题的手段至今还没有进入课堂教学,教学方式仍以传统方法为主,偶尔用电化教学演示,何时才能突破传统方法,我们对此很是期待。

因此,在几何的改革中,我们要正确善待几何,克服困难,认真学好几何的基础知识,但不要厌烦它。

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