对的研究大致经历了如下几个阶段。一.最初发现 早在公元前5 世纪 公元前4世纪,古希腊巧辩学派的数学家提出了“化圆为方”、“立 方倍积”和“三等分任意角”三大不可能问题。当初,他们并不知道这是不可能问题,所以努力 想解决这些它们。虽然他们没有能解决这三大问题,但是却获得了不少意外的成果。据说, 圆锥曲线的被发现,就是从这里开始的。 古希腊数学家希波克拉底( Hippocrates Chios公元前460),在解决“立方倍积” 问题时,发现圆锥曲线。另外一位古希腊数学家梅内克缪斯(Menaechmus 公元前375 元前325),用平面截不同的圆锥,发现圆锥曲线。关于圆锥曲线的被发现还有一说,根据数学史家诺伊格鲍尔(Neugebauer,Otto 1898~ ?)的意见,圆锥曲线可能是在制作日晷时被发现的。可惜,关于日晷的发明和制 作在古代就已失传,所以不可详考。 二.奠基工作 在古希腊,有许多数学家都研究过圆锥曲线。譬如,老阿里斯泰库斯(The Elder Aristacus 约公元前4 世纪)、欧几里得、阿基米德、厄拉多塞(Eratosthenes 公元前274~ 公元前194)和阿波罗尼(Apollonius 公元前260 公元前190)等。
其中,阿波罗尼的《圆锥曲线》是最杰出的,它与欧几里得的《几何原本》同被誉为古希腊几何登峰造极之作。 《圆锥曲线》8 篇,共487 个命题。 篇,失传,也许是关于如何定出有心圆锥曲线的共轭直径,使其长度的某些函数具有给定的值。 《圆锥曲线》现在的版本中,前4 卷是从12~13 世纪的希腊手稿本复制的,其后的3 卷是从1290 年阿拉伯译本转译的,第8 卷已失传,现为17 世纪的哈雷根据帕普斯书中的 启示而搞出来的一个代替稿。阿波罗尼总结了前人的成就,提出了自己的创见,在《圆锥曲 线》中,将圆锥曲线的性质收集殆尽,以至以致后代学者在千余年间对圆锥曲线的性质几乎 没有插足的余地。以下,我们仅介绍阿波罗尼关于圆锥曲线的基础性的工作。 在古希腊,阿波罗尼之后,帕普斯(Pappus 世纪)对圆锥曲线也作了重要的工作,即在《数学汇编》证明:与定点及定直线的距离成定比例的点的轨迹是圆锥曲线。这是 阿波罗尼的《圆锥曲线》中所没有的。总而言之,在古希腊对圆锥曲线的研究就有一个十分 清楚的轮廓,只是由于没有坐标系统,所以在表达形式上存在着不容忽视的缺陷。 三.长期停滞 在阿波罗尼的《圆锥曲线》问世后的 13 个世纪里,整个数学界对圆锥曲线的研究没 有什么进展。
公元 11 世纪,中亚数学家海雅姆(Khaym,Omar 1048 1131)利用圆锥曲线来解三次方程,而对圆锥曲线本身并没有深入的研究。 四.有所突破 16 世纪,有两件事促使人们对圆锥曲线做进一步的研究。一是德国数学家开普勒继承 了哥白尼的日心说,揭示出行星按椭圆轨道绕太阳运行,是圆锥曲线摆脱圆锥而成为自然界 中物体运动的普遍形式。一是意大利物理学家伽利略得出斜抛运动的轨道是抛物线,突破了 静态圆锥曲线的观念。人们开始感到古希腊人的证明方法太缺乏一般性,几乎每个定理都是 要想出一个特殊的证明方法。于是,对圆锥曲线的处理方法开始有了变化。 1579 年,蒙蒂(Monte ,Guidobaldo del 1545 ~1607)采用焦点、定长的方式,定 义了椭圆,改变以往平面截圆锥的定义方式;开普勒关于几何图形连续变换的思想,为圆锥 曲线的统一定义奠定了基础。 五.别开生面 17 世纪,随着射影几何的肇始,本来为画家提供帮助的投射和截影的方法,与圆锥曲 线有着天然的联系,也被用来研究圆锥曲线,并得出了一些关于圆锥曲线的特殊的定理。 在这方面,法国的三位数学家笛沙格、帕斯卡和德•拉•希尔的工作成果,开辟了研究圆锥曲 线的别开生面的方向。
六.分析描述 解析几何的创立,使人们对圆锥曲线的认识进入了一个现阶段。这时,对圆锥曲线的研 究方法既不同于阿波罗尼,又不同于笛沙格,而是朝着解析方法的方向发展。即建立坐标系, 得出圆锥曲线的方程,再利用方程研究圆锥曲线的性质,以期摆脱几何直观而达到抽象化的 目标,也可以求得对圆锥曲线研究的高度的概括与统一。在这方面,笛卡儿、费马和沃利斯 (Wallis,John 1616 1703)分别做出了非常重要的贡献。七.系统总结 18 世纪,牛顿、伯努力和赫尔曼等先后提出不同的坐标系,尤其影响深刻的是极坐标 系,这些工作促进了坐标系的系统化进程。随着坐标系的系统化,关于圆锥曲线性质研究的 结论也逐渐可以系统化起来。在这方面,著名瑞士数学家欧拉(Euler,Leonhard 1707 1783)作出了重要贡献。欧拉1745 年发表的《分析引论》,被誉为解析几何发展史上的重要著作。系统地研究了圆锥 曲线的各种情形,并证明通过坐标变换,一定可以把任何圆锥曲线化为某种标准形式。欧拉 之后,三维解析几何的研究蓬勃开展,由圆锥曲线导出了圆锥曲面。至此,关于圆锥曲线的 理论并被广泛应用,也就是我们现在所能看到的情景。
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