小学数学数学故事数学历史上的三次危机.doc

2数学历史上的三次危机经济上有危机历史上数学也有三次危机。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。当时人们对有理数的认识还很有限对于无理数的概念更是一无所知毕达哥拉斯学派所说的数原来是指整数他们不把分数看成一种数而仅看作两个整数之比他们错误地认为宇宙间的一切现象都归结为整数或整数之比。该学派的成员希伯索斯根据勾股定理（西方称为毕达哥拉斯定理）通过逻辑推理发现边长为l的正方形的对角线长度既不是整数也不是整数的比所能表示。希伯索斯的发现被认为是“荒谬”和违反常识的事。它不仅严重地违背了毕达哥拉斯学派的信条也冲击了当时希腊人的传统见解。使当时希腊数学家们深感不安相传希伯索斯因这一发现被投入海中淹死。这就是第一次数学危机这场危机通过在几何学中引进不可通约量概念而得到解决。两个几何线段如果存在一个第三线段能同时量尽它们就称这两个线段是可通约的否则称为不可通约的。正方形的一边与对角线就不存在能同时量尽它们的第三线段因此它们是不可通约的。很显然只要承认不可通约量的存在使几何量不再受整数的限制所谓的数学危机也就不复存在了。不可通约量的研究开始于公元前4世纪的欧多克斯其成果被欧几里得所吸收部分被收人他的《几何原本》中。第二次数学危机发生在十七世纪。十七世纪微积分诞生后由于推敲微积分的理论基础问题数学界出现混乱局面即第二次数学危机。微积分的形成给数学界带来革命性变化在各个科学领域得到广泛应用但微积分在理论上存在矛盾的地方。无穷小量是微积分的基础概念之一。微积分的主要创始人牛顿在一些典型的推导过程中第一步用了无穷小量作分母进行除法当然无穷小量不能为零；第二步牛顿又把无穷小量看作零去掉那些包含它的项从而得到所要的公式在力学和几何学的应用证明了这些公式是正确的但它的数学推导过程却在逻辑上自相矛盾。焦点是：无穷小量是零还是非零？如果是零怎么能用它做除数？如果不是零又怎么能把包含着无穷小量的那些项去掉呢？直到19世纪柯西详细而有系统地发展了极限理论。柯西认为把无穷小量作为确定的量即使是零都说不过去它会与极限的定义发生矛盾。无穷小量应该是要怎样小就怎样小的量因此本质上它是变量而且是以零为极限的量至此柯西澄清了前人的无穷小的概念而且把无穷小量从形而上学的束缚中解放出来第二次数学危机基本解决。第二次数学危机的解决使微积分更完善。第三次数学危机发生在十九世纪末。当时英国数学家罗素把集合分成两种。第一种集合：集合本身不是它的元素即aa；第二种集合：集合本身是它的一个元素a∈a例如一切集合所组成的集合。那么对于任何一个集合b不是第一种集合就是第二种集合。假设第一种集合的全体构成一个集合m那么m属于第一种集合还是属于第二种集合。如果m属于第一种集合那么m应该是m的一个元素即m∈m但是满足m∈m关系的集合应属于第二种集合出现矛盾。如果m属于第二种集合那么m应该是满足m∈m的关系这样m又是属于第一种集合矛盾。以上推理过程所形成的俘论叫罗素悖论。由于严格的极限理论的建立数学上的第一次第二次危机已经解决但极限理论是以实数理论为基础的而实数理论又是以集合论为基础的现在集合论又出现了罗素悖论因而形成了数学史上更大的危机。从此数学家们就开始为这场危机寻找解决的办法其中之一是把集合论建立在一组公理之上以回避悖论。首先进行这个工作的是德国数学家策梅罗他提出七条公理建立了一种不会产生悖论的集合论又经过德国的另一位数学家弗芝克尔的改进形成了一个无矛盾的集合论公理系统。即所谓zf公理系统。这场数学危机到此缓和下来。数学危机给数学发展带来了新的动力。在这场危机中集合论得到较快的发展数学基础的进步更快数理逻辑也更加成熟。然而矛盾和人们意想不到的事仍然不断出现而且今后仍然会这样。