笛卡儿与平面直角坐标系

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  笛卡儿(1596~1650年),法国数学家.为了纪念笛卡儿对数学发展所作出的杰出贡献,人们又把平面直角坐标系称为笛卡儿坐标系.笛卡儿在发明平面直角坐标系时,还有一个有趣的故事呢.
  公元1620年深秋,莱茵河畔的乌儿姆小镇扎下一排军用帐篷.夜很深了,可是帐篷里的一名士兵却翻来覆去怎么也睡不着,他就是后来闻名于世的数学家笛卡儿.笛卡儿有一个习惯,就是经常躺在被窝里思考问题.在一个陌生的地方,笛卡儿一时难以入睡,他又开始思考最近研究的几何与代数结合的问题.
  眼前这些星星像豆子一样,满天都是,如果用数学方法,怎么表示它们的位置呢?当然,最好是画一张图,但这是几何的方法,再说这么纷乱的星空即使画出来,要指给人看某一颗星星时,还是得拿出一张图,有什么办法只用几个数字就能标出它们的位置呢?自己随军到处奔波,几天前还在多瑙河对岸,今晚却又到多瑙河这一岸,时而在上游,时而在下游,要是给上级报告部队的位置,该怎样表示呢?
  笛卡儿正躺在被窝里思考,忽然门口传来脚步声,排长来查铺了!笛卡儿慌忙用被子蒙住头,侧着两耳,听着响动.可是很奇怪,听脚步声好像是人到门口又折回去了.他猜排长一会儿还会回来,于是不再探出头,继续进行图与数的冥想.
  过了一阵,排长果然又来了.他闯进帐篷,揭开被子,一把拉起笛卡儿就向外拖去.笛卡儿想喊喊不出,想披件衣服,可手又被攥得紧紧的.
  等走出帐篷,排长才说:“你不是想用数学方法标出天空中星星的位置吗?趁现在夜深人静,不会有人偷听,我告诉你个妙法.”
  说着,排长从身后抽出两支箭,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,假如我们把天空的一部分看成一个平面,这个平面就可以分成4个部分.我这两支箭能射得无穷远,天上这么多星星,随便哪一颗,你只要分别向这两只箭上引两条垂线,就会得到两个数字,这样,这颗星星的位置就可以表示得一清二楚了.”
  笛卡儿说:“你慌慌张张地把我拉出来,我还当有什么新鲜东西呢!画坐标图古希腊人就会,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了.”
  排长向笛卡儿肩上打了一拳,哈哈笑道:“我说,你这么聪明,这层纸你怎么就没有捅破呢?你看,只要将这两支箭的交叉处规定为0,向上、向右分别表示正数,向下、向左不就表示负数了吗?乌儿姆镇是交叉点,多瑙河上游是正,下游是负,对岸是正,这一岸是负.我们行军到哪个地方,不就随时可以用两个数字表示出来吗?”
  笛卡儿高喊道:“这是个好主意!”
  他扑上前去想抓过箭来看看,不想排长忽地将箭往身后一藏,不高兴地说道:“你就知道每天睡懒觉,不会自己做吗?”
  说着排长便向河边跑去,眼看要进了河里,他却踏水而过,如履平地.笛卡儿一急也一脚踏进水面,却“扑通”一声跌入河中,忙大喊救人.
  突然,他觉得屁股上重重地挨了一脚,睁开眼睛一看,帐篷里已射进阳光.排长正站在他的身边喊着:“你这个懒鬼,还不起床,又在做美梦!”
  笛卡儿眨了眨眼,一骨碌爬起来,双手抓住排长的肩膀直摇:“你说什么?你刚才对我讲了些什么?”
  排长骂道:“神经病!”接着又去催其他人起床去了.
  笛卡儿却像发了疯一样从枕头下抽出本子和铅笔,他先画了一条竖线,标为y轴,又画了一条横线,标为x轴,又在这两条轴上标出许多正数和负数,平面直角坐标系就这样诞生了.
  恩格斯曾评价说:“笛卡儿的变数是数学中的转折点,有了变数,运动进入了数学,有了变数,辩证法进入了数学.”
  平面直角坐标系把数学中的数与形完美统一起来了.
  同学们,听了这个故事,大家是不是对数学产生了更大的兴趣呢?我们也要在平时多思考,多留心,说不定哪天也会有一个重大的发现!
  
  【责任编辑:潘彦坤】
  
  艺术与投影几何
  
  多少世纪以来,数学总是影响着艺术和艺术家.如投影几何、黄金分割、比例、视觉幻影、对称、图案和花样等,它们不仅影响着艺术家的设计思路,而且影响着各种艺术流派,如原始的、古典的、文艺复兴时期的、近代的、流行的或艺术装饰的等.
  一位油画家要在一张画布上画出一幅立体的场景,他必须确定从不同的距离和位置观察时,物体会产生怎样的改变.这便是文艺复兴时期艺术活动的主要部分和投影几何发展的领域.投影几何涉及图形及其投影的空间关系和性质等,因此它包含了透视法的问题.艺术家为了创作他们的现实主义的立体油画,文艺复兴时期的艺术家们利用了新建立的投影几何概念——投影点、消失点等.
  艺术家推断,假如人们透过窗户去观察一个景观,并且眼睛保持在一个焦点上,这时视点集中,外面的景观似乎是投影到窗户上而被看到,这样窗户便可能充当画布那样的幕.各种各样的图案赋予了艺术家创造的灵感,他们把这种现实从窗户转移到画布上来.
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