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稀奇古怪的三角形

2009-04-15

初中生学习·低 2009年2期
关键词:波里黎曼公理

在纸上画三角形,无论怎样画,把三角形里面的3个角加起来,都会等于 180°即使画100个、1000个,也绝对不会有一个例外。

那么,能不能找到一种三角形,它的内角和不等于180°呢?

19世纪初,有个叫亚诺什·波里亚的匈牙利青年决定献身于这个研究。他父亲是个数学家,听到这个消息时吓坏了,尽管父子俩天天生活在一起。老波里亚为了郑重其事,竟亲笔给儿子写了一封劝告信。

波里亚深知父亲的苦恼,但他没有知难而退,义无反顾地闯进了这个“毫无希望的黑夜”。他很快提出了一个新的平行公理:“在平面内,过已知直线外的一个点,至少可以作两条直线与已知直线相平行。”这个新公理否定了平行线的唯一性,一门新的几何学就这样诞生了,叫双曲几何学。凡是与旧的平行公理有关的定理,在双曲几何学中全都变得面目全非,成了许多闻所未闻的新结论。例如,在双曲几何学中,不存在矩形,也不存在相似三角形。最有趣的是,不同的三角形就有不同的内角和,而它们又都比180°小!

真的能够作出一种三角形,使它的内角和小于180°?对于习惯在传统几何的框框里生活的人来说,这是“荒诞无稽”的奇谈。连老波里亚也无法理解儿子的创造,断然拒绝了帮助他发表的请求。直到1832年,在儿子的再三请求下,老波里亚才勉强同意将它作为一个附录,随同自己的著作一起出版。

老波里亚与“数学王子”高斯是大学时代的同窗好友,他把附录的清样寄给高斯,想听听这位数学权威的意见。1832年3月,高斯在回信中热情称赞小波里亚是个天才,但同时又说,他不便公开赞许,因为称赞波里亚就等于称赞他自己。原来,在此之前16年,高斯就已作出了同样的发现。但他小心翼翼地隐藏了自己的研究,唯恐因这种新几何学直观上的“荒诞无稽”而遭人耻笑。

早在波里亚著作发表的前6年,在遥远的俄罗斯大地上,已经有位叫罗巴切夫斯基的数学家率先亮出了这门新几何学的旗帜。罗巴切夫斯基是一个伟大的俄国数学家,他也有同样的发现,并为捍卫新几何学战斗了一生。当时,数学家们不理解他,认为内角和小于180°的三角形是一个“笑话”,还有人嘲笑他是“对有学问的数学家的讽刺”。而一些仇视革命思想的人,更是趁机对他进行恶毒的攻击和下流的谩骂。这一切都没有使罗巴切夫斯基退却,他接二连三地发表数学著作,甚至当他已成为一个瞎眼老人时,仍然念念不忘地口授了一部《泛几何学》,为这门新几何学在数学王国里取得合理地位而大声疾呼。由于罗巴切夫斯基最先昭示了新几何学的诞生,所以双曲几何学又叫罗氏几何学。

罗巴切夫斯基、波里亚和高斯,用他们创造性的工作,动摇了“只能有一种可能的几何”的传统观念,为创造不同体系的几何开辟了道路。1854年,就在人们仍在抱怨罗氏几何学“不可思议”时,高斯的学生黎曼,又给几何王国增添了一种新的几何学。黎曼提出了另一种新的平行公理:“在平面上,过已知直线外的一个点,不能作直线与已知直线相平行。”这个新公理干脆否定了平行线的存在性。以它为基础,再加上以前的公理,就组成了椭圆几何学,也叫黎曼几何学。在这种新的几何学里,三角形的内角和等于多少度呢?有趣得很,它既不等于180°,也不小于180° ,而是大于180° 。

罗氏几何学与黎曼几何学更精确地反映了现实空间,但是,在我们的日常生活里,传统几何学已经足够精确了。在我们的视野范围内,水平面是非常接近于平面的。实际上,我们也根本无法测出它的弯曲度。这样,测量水面上一个三角形的内角和,虽然它实际上并不等于180° ,我们却无法测出它与真实值之间的误差。所以,在我们身边这个不大不小的空间里,传统的几何学仍然是适用的。

因此,在纸上画三角形,无论怎样画,把它的3个内角加起来,都会等于180° 。但我们也应当知道,在数学王国里,确实存在一些“稀奇古怪”的三角形,它们的内角和不等于180°。

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