希臘人堅持演繹推理是建立數學證明的唯一方法,這是對人類文明最重要的貢獻,
它使數學從木匠的工具盒,測量員的背包中解放出來,使得數學成為人們頭腦中的一個思想體系。
此後,人們開始靠理性,而不只是憑感官去判斷事物。正是這種推理精神,開闢了西方文明。
~美國數學史家莫里斯˙克萊因(Morris Kline,1908~1992年)~
一般數學史的書都說幾何學發源於埃及尼羅河畔的測量土地,所以說尼羅河是上天賜給埃及的禮物,幾何是尼羅河賜給人類的禮物,但是本書要指出「燦爛星空」才是幾何學更重要的發源地。
自古以來人類仰頭看星空,就有了無垠的想像,看那
繁星點點,流星稍縱即逝,月亮是圓的。
依序就是「點」、「直線」、「圓」的源起之一,是歐氏幾何學的出發點。
到了古希臘時代,人類不再「坐井觀天」,開始窮究「所以然」,提出深奧的問題,並且找尋結果。在短短300年期間,以簡單的點、直線、圓作為基本概念,透過演繹法建立整個幾何學,得到相當卓越的成就。後人說:
幾何源於古希臘,天文是幾何的故鄉。
這是適切中肯的。
本書聚焦於探索圓錐曲線的來龍去脈。目前實施的103高中數學課綱,圓錐曲線屬於弱化單元,僅是簡單陳述圓錐曲線就是平面與圓錐曲面的截痕,甚至真正教學時直接給出焦點以及準線定義,然後就推導出其方程式,得到的知識只是「知其然」,而不知其「所以然」,學生學習起來是既無趣又無聊。
圓錐曲線源於古希臘文明,作者本著古希臘人追根究柢以及實事求是的精神,希望道出「圓錐曲線」的所以然,並且著重在闡明數學本身的理路,而不完全在於歷史的考據。
事實上,數學是研究數與圖形的學問。算術與代數研究數,幾何學研究圖形,表面上看起來兩者很不同,但是骨子裡卻相通。一個重大的突破是,透過笛卡兒(Descartes,1596~1650年)引入的坐標系,發展出解析幾何學 (又叫做坐標幾何學),讓數與形合一。
此外,本書我們要採取各種觀點來連貫全書的內容:動態、運動、脹縮、變換、...等觀點,使得幾何成為連貫的整體知識,這些正是本書的特色。此外,解析幾何學的誕生,提供研究行星運動和彗星軌道的數學基礎,萌生微積分與自然科學,打開了通往近代數學與科學的大門。
作者任教於高中,除了致力於教學之外,最近八年來更投入數學課程的研究,特別獨鍾幾何學的魅力。如今有幸完成這本幾何書,並且編入鸚鵡螺數學叢書裡,內心是歡喜又感激。寫作如走千山萬水,有困頓與喜悅,也有迷惑與甜蜜,只要堅持著、努力著,終究會豁然開朗,痛飲快樂的甘泉。
現在的中學數學教育太著重於「零碎解題技巧」以及「不經慎思只求快速解答」的學習文化,常常忽略培養嚴謹推理能力以及探索幾何內在結構之美,更是失去以簡馭繁的數學創新思考歷程。希望這本書的出現,能帶給中學師生一些鼓舞與啟示。
此外,讓我們共同窺探大自然的「秋葉」,歌頌著幾何之美~數感、形感、規律感以及美感。
秋葉
一片秋葉道涼意
數感形感近咫呎
秋意濃濃見規律
葉風蕩漾望美感
在真實的寫作情境裡,作者體悟英國數學家齊斯˙德福林(Keith Devlin)所說:
數學讓不可見變成可見。
這是一連串建構知識的歷程,不僅讓自己提升專業知能,更可貴的是源源不絕的點子萌生,觸動內心不絕的思緒,激盪著且共鳴著,願永遠追隨數學的足跡。
最後,致上誠摯的感謝於默默支持與鼓勵的家人、朋友以及編輯者,特別感謝主編蔡聰明教授不辭辛苦的指導及鼓勵,提供更寬廣的數學視野,除了受益無窮外,更是注入了數學的活水,歌頌著這永恆的理性。
林鳳美
2017年12月