数学史上的三次危机及其解决
公司组织架构图-
论数学史上的三次数学危机
学号:
100521026
姓名:付东群
摘要:
数学发展从来不是完全直线,
而是常常出现悖
论。
历史上一连串的数学
悖论动摇了人们对数学的可靠性的信仰
,
数学史上曾经发生了三次数学危机。
数
学悖论的产生和危机的出现,
不单给数学带来麻烦和失望,
更
重要的是给数学的
发展带来新的生机和希望,促进了数学的繁荣。危机的产生、解决,又
产生的无
穷反复过程,
不断推动着数学的发展,
这个过程也是数学思想获得重要发展的过
程。
关键词:
数学危机;无理数;微积分
;集合论;悖论;
引言:
p>
数学史不仅仅是单纯的数学成就的编年记录。数学的发展决不是一
帆
风顺,在更多的情况下是充满犹豫、徘徊,要经历艰难曲折,甚至面临危机。
数学史也是
数学家们克服困难和战胜的斗争记录。
无理数的发现,
微积分和
非欧
集合的创立,
乃至费马定理的证明
......
这样的例子在数学史上不胜枚举,
他们
可以帮助人们了解数学创造的完美过程。
对这种创造的过程的了解则可以使
我们
从前人的探索与奋斗中西区教益,获得鼓舞和增强信心。
第一次数学危机(
无理数的产生
p>
)
第一次危机发生在公元前
580
~
568
年之间的古
希腊,数学家毕达哥拉斯建立
了毕达哥拉斯学派。这个学派集宗教、科学和哲学于一体,
该学派人数固定,知
识保密,所有发明创造都归于学派领袖。
(
一
)
、危机
的起源
毕达哥拉斯学派认为“万
物皆数”
,这个数就是整数,他们确定数学的目的是
企图通过数
的奥秘来探索宇宙的永恒真理,
并且认为宇宙间的一切现象都能归结
为整数或整数之比。后来这个学派发现了毕达哥拉斯学定理(勾股定理)
,他们
p>
认为这是一件很了不起的事,
然而了不起的事后面还有更了不起的事
。
毕达哥拉
斯学派的希帕索斯从毕达哥拉斯定理出发,
发现边长为
1
的正方形对角线不能用
整数来表示,
这就产生了这个无理数。
这无疑对<
/p>
“万物皆数”
产生了巨大的冲击,
由此引
发了第一次数学危机
【
1
】
。
(二)
、危机的解决
由无理数引发的第一次数学危机对古希腊的数学观点产生了
极大的冲击。
动摇
数学基础的第一次危机并没有很轻易地被解决
。
大约到了公元前
370
年,
这个矛
盾终于被毕达哥拉斯学派的欧多克斯通过给比例下新定义的方法巧
妙的处理了。
但这个问题直到
19
世纪
的戴德金和康托尔等人建立了现代实数理论才算彻底解
决了。
(三)
、对数学发展的意义
第一次危机的产生最大的意义是导致了无理数地产生,
打破了长时间的禁
锢数学
发展的枷锁。
这次数学危机也使整数的权威地位开始动摇
,
而几何学的身份升高
了,在以后的一两千年中,几何支撑了数
学的发展。同时危机也表明,直觉和经
验不一定靠得住,
推理证
明才是最可靠的,
从此希腊人开始重视演译推理,
并由
此建立了几何公理体系,这不能不说是数学思想上的一次巨大革命
p>
第二次数学危机(
微积分工具
)
18
世纪,微分法和积分法在生产和实践上
都有了广泛而成功的应用,大部分
数学家对这一理论的可靠性是毫不怀疑的。
但是不管是牛顿,
还是莱布尼茨所创
立的微积分理
论都是不严格的。
(一)
、危机的起源
因为牛顿和莱布尼茨的微积分理论是建立在无穷小分析之上的,
但他们对作为<
/p>
基本概念的无穷小量的理解与应用是混乱的。
1734
年,英国哲学家、大主教贝
克莱发表《分析学家或者向一个不信正教数学家
的进言》
,矛头指向微积分的基
础——无穷小的问题,
提出了所谓贝克莱悖论。
笼统的说,
贝克莱悖论
可以表述
为“无穷小量究竟是否为
0
”
的问题。这一问题的提出在当时的数学界引起了一
定的混乱,由此导致了第二次数学危机
的产生
【
2
】
。
(二)
、危机的解决
为了解决第二次数学危机,
数学家
们开始在严格化基础上重建微积分,
其中贡
献最大的是法国数学
家柯西,他在《分析教程》和《无穷小计算讲义》中给出了
数学分析一系列基本概念的精
确定义。
例如:
他给出了精确的极限定义,
然后用
极限定义连续性、导数、微分,定积分和无穷级数的收敛性。后来,魏尔斯特
拉
斯及其追随者们实现了分析的算术化。至此,数学史上的第二次危机已经克服,
数学的整个结构已被恢复
【
3
】
。
(三)
、对数学发展的意义
牛顿和莱布尼茨创立的微积分理论虽然存在一定的缺陷,<
/p>
但微积分仍然很受重
视,被广泛地应用于物理学、力学、天文学中
。危机爆发后,经过柯西等人的不
懈努力,
严格的极限理论建立
起来了,
为微积分奠定了理论基础。
微积分理论的
建立在数学史上有深远的意义。
一方面它消除了微积分长期以来的神秘性,<
/p>
使数
学以及其他科学冲破了宗教的束缚,为以后的独立发展创造了
条件;另一方面,
微积分理论基础的建立加速了微积分的发展,
产生了复变函数、
实变函数、
微分
方程
、变分学、积分方程、泛函分析等学科,形成了庞大的分析体系,成为数学
的重要分支<
/p>
【
4
】
。