笛卡尔与坐标系的情缘

来源 :初中生世界·八年级 | 被引量 : 0次 | 上传用户:eltonlijun
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  笛卡尔是17世纪法国杰出的哲学家,是当时一流的物理学家和近代生物学的奠基人,并不是专业的数学家.笛卡尔所处的时代,几何占据数学的“统治”地位,代数则是一门新兴的学科,他对数学的巨大贡献是建立了平面直角坐标系,并在此基础上创立了“解析几何”.从此,数和形就成为一家,代数与几何成为一体.我们七年级所学的数轴是数和形的第一次接触.
  那么“数”和“形”是怎么走到一起的呢?又是怎样结合的呢?笛卡尔是怎么想到建立直角坐标系的呢?
  传说笛卡尔与坐标系之间有这样两个故事.
  故事1
  有一天,笛卡尔思索着,如果指给人看一颗星时,得拿出整个一张图,有什么方法只用几个数字就能标清星星的位置呢?他又想到,自己随军到处奔波,前几天还在多瑙河右岸,今晚又到左岸,要是给上级报告部队的位置,该怎样表示呢?过了一阵,排长来了,他闯进帐篷,一把拉起笛卡尔向外拖去,说:“你不是整日研究如何用数学来解释自然和宇宙吗?我告訴你个妙法.”说着,排长从身后抽出了两支箭,拿在手里搭成一个“十”字.箭头一个朝上,一个朝右.他将十字举过头说:“你看,假如把天空的一部分看成一个平面,这个平面就分成了四个部分.我这两支箭能射无限远,天上这么多星,随便哪一颗,你只要向这两支箭上分别引两条垂线,就会得出两个数字,这位置就被表示得一清二楚了.”笛卡尔说:“你把我拉出来,我还当有什么新鲜玩意儿.画坐标图,古希腊人就会使用.现在最难的是那些抽象的负数,人看不见摸不着,显示不出来就不好说服人.”排长向笛卡尔肩上打了一拳笑道:“你这么聪明,怎么连这一点都没想到?你看,将这两支箭的十字交叉处定为零,向上、向右是正数,向下、向左不就是负数吗?这乌尔姆镇是交叉点,多瑙河上游是正,下游是负,右岸是正,左岸是负.我们行军在镇的东西南北,不是随时就可用正负两个数字表示出来吗?”笛卡儿高喊道:“这是个好主意!”
  笛卡尔眨了眨眼,一骨碌爬起,原来这是他做的一个梦.他先画了一条竖线,标明为y;又画了一条横线,标明为x.在这两条轴上又标出许多正负刻度,如梦中见到的一样.后人都说笛卡尔的平面直角坐标系真的是这样从梦中得来的.
  故事2
  有一次,笛卡尔生病,卧床休息.善于观察的他发现天花板上有一只蜘蛛拉着丝垂了下来,一会儿蜘蛛又顺着丝爬了上去,就这样在屋顶来回爬行,爱思考的笛卡尔突发奇想:每一时刻蜘蛛的位置能不能用数字表示出来?
  他想,屋里相邻的两面墙,再加上地面共有三条交线,如果把三条交线的交点作为起点,把蜘蛛看成一个点,那么只要分别量出蜘蛛到两个墙面和到地面的距离,蜘蛛的位置不就可以用这三个数据表示了吗?
  笛卡尔被自己的想法震撼了.如果在空间里画这样三条互相垂直的数轴,那么空间内任意一点的位置不都可以用数据表示出来了吗?同样的,在平面内画两条互相垂直的数轴,平面内任意一点的位置不也可以用两个数据确定吗?至此,平面直角坐标系的雏形就这样诞生了.
  人们为了纪念这位伟人,把平面直角坐标系也叫成笛卡尔直角坐标系.直角坐标系的创建,在代数和几何之间架起了一座桥梁,它使几何概念可以用代数形式来表示,几何图形也可以用代数形式来表示,于是代数和几何就这样合为一家了.笛卡尔在创建了直角坐标系的基础上,又创造了用代数方法来研究几何问题——解析几何.我们将在后续的课程中逐步学习.
  (作者单位:江苏省连云港市赣榆外国语学校)
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