阿波罗尼斯

古希腊几何学家

阿波罗尼斯(Apollonius of Perga,约公元前262~公元前190年) ,又译为阿波罗尼乌斯、阿波罗尼等,是 古希腊 数学家(与 阿基米德 、 欧几里得 齐名的亚历山大前期的三大数学家 )、天文学家 ,以“大几何学家”闻名 。

阿波罗尼斯生于 小亚细亚半岛 西北部的城市佩尔加(Perga),该地区在他的一生中处于帕加蒙(Pergamum)的统治之下。他青年时代去亚历山大城,从欧几里得的门人那里学习数学,之后居住在居亚历山大城并和当地的大数学家合作研究。

阿波罗尼斯是第一个依据同一个(正的或斜的)圆锥的截面来研究 圆锥曲线 理论的人,也是第一个发现 双曲线 有两支的人 。阿波罗尼斯著有《 圆锥曲线论 》(八卷)和《论切触》 ,在《圆锥曲线论》中,阿波罗尼斯对圆锥曲线的性质作了详尽的叙述,推广了门内马斯的方法,证明了三种圆锥曲线都可以用平面截同一个圆锥而获得;还给出 抛物线 、椭圆和双曲线等名称 。

人物生平

年轻有为

阿波罗尼奥斯是佩尔格(Perga或Perge)地方的人,古代 黑海 与 地中海 之间的地区,称为安纳托利亚(Anatolia,今属 土耳其 )。

阿波罗尼奥斯年轻时到 亚历山大 跟随 欧几里得 的后继者学习,那时是 托勒密三世 ( Ptolemy Euergetes,公元前246—前221年在位)统治时期,到了 托勒密四世 (Ptolemy Philopator,公元前221—前205在位)时代,他在 天文学 研究方面已颇有名气。

圆锥曲线

后来他到过 小亚细亚半岛 西岸的帕加马(Pergamum)王国,那里有一个 大图书馆 、规模仅次于 亚历山大图书馆 。国王 阿塔罗斯一世 (Attalus ⅠSoter,公元前269—前197年,前241—197年在位)除崇尚武功外,还注重文化建设。阿波罗尼奥斯的《 圆锥曲线论 》从第4卷起都是呈递给阿塔罗斯的,后世学者认为就是这位国王。

在帕加马还认识了 欧德莫斯 (Eudemus),《圆锥曲线论》的前3卷是寄给他的。在这书的第2卷的前言中,阿波罗尼奥斯说他曾将这一卷通过他儿子交给欧德莫斯,并说如果见到菲洛尼底斯(Philonides)时,请欧德莫斯将书也给他一阅.菲洛尼底斯是阿波罗尼奥斯在以弗所(Ephesus)结识的 几何学 家,对圆锥曲线论颇感兴趣,阿波罗尼奥斯曾介绍过他和欧德莫斯认识。

黄金时代

第3卷没有留下前言,第4卷的前言是写给阿塔罗斯的,开头说这8卷著作的前3卷是交给 欧德莫斯 的,现在他已去世,我决定将其余各卷献给你,因为你渴望得到我的著作。由此可知阿波罗尼奥斯写此书是在晚年,至少是在儿子成年以后,又知道他到过以弗所,他的主要成就是建立了完美的 圆锥曲线论 ,总结了前人在这方面的工作,再加上自己的研究成果,撰成《圆锥曲线论》(Conics)8大卷,将圆锥曲线的性质网罗 尽。

阿波罗尼奥斯常和 欧几里得 、 阿基米德 合称为 亚历山大 前期三大数学家,时间约当公元前300年到前200年,这是 希腊 数学的全盛时期或“黄金时代”。、

个人作品

数学

除了《圆锥曲线论》外,阿波罗尼奥斯还有好几种著作,为后世的学者(特别是 帕波斯 )所提及,列举如下:

1.《截取线段成定比》(On the cutting-off of a ratio);

2.《截取面积等于已知面积》(On the cutting-off of an 面积 );

3.《论接触》(On contacts或Tangencies);

4.《平面轨迹》(Plane loci);

5.《倾斜》(Vergings或Inclinations);

6.《十二面体与二十面体对比》(Comparison of the dodecahedron with the 二十面体 );

此外还有《无序无理量》(Unordered Irrationals)、《取火镜》(On the burning-mirror)、 圆周率 计算以及天文。

人物争议

不遵礼仪

阿波罗尼斯在写信给阿塔罗斯时直书其名,而没有在前面加上“国王”的称呼,这是违背当时的礼仪习惯的。可能有两种解释,一是他指的不是国王而是另一个同名的人,二是阿波罗尼奥斯相当放荡不羁,而这位君主却能礼贤下士,不拘小节。

主要成就

阿波罗尼斯圆

在平面上给定相异两点A、B,设P点在同一平面上且满足PA/PB=λ,当λ>0且λ≠1时,P点的轨迹是个圆,这个圆我们称作阿波罗尼斯圆。这个结论称作阿波罗尼斯轨迹定理。设M、N分别为 线段 AB按定比λ分割的内分点和外分点,则MN为阿波罗尼斯圆的直径,且MN=[2λ/(λ^2-1)]AB。

阿波罗尼斯定理

1、设三角形的三边和三中线分别为a、b、c、ma(a为 下标 ,下同)、mb、mc,则有以下关系:

b^2+c^2=a^2/2+2ma^2;

c^2+a^2=b^2/2+2mb^2;

a^2+b^2=c^2/2+2mc^2。

此 定理 可由 斯特瓦尔特定理 (Stewart theorem)证明。

2、椭圆两 共轭 直径的平方和等于长、短轴长的平方和; 双曲线 两共轭直径的平方差等于长、短轴长的平方差。

阿波罗尼斯问题

“用 圆规 和直尺作出与三个已知圆相切的圆”。这就是 几何学 中有名的作图问题,通常称它为阿波罗尼斯问题(简称AP)。这个问题可用反演方法来解决。已经证明:

1、若三个圆中的每个圆都在其它两个圆之外,则AP有8解;

2、若三个圆相切于一个公共点,则AP有无数解;

3、若一个圆处在另一个圆内部,则AP无解。

AP的特殊情况,即一个著名问题:作出与两条已知直线( 相交 或平行)相切并过已知点的圆。

人物轶事

阿波罗尼斯小故事

数学家阿波罗尼斯出生在当代文化的中心——Perga(古代 小亚细亚半岛 南岸地区),也就是位于今天的 土耳其 的位置。当他还是个少年时,阿波罗尼斯前去亚历山卓( 埃及 北部海港城市),并在 欧几里得 (西元前300年 Alexandria的数学家)门下求学,后来也在那边从事教书工作。唯一关于阿波罗尼斯生平的描述,我们可以在他的著作Conics的前言中被找到,在书中前言里,我们得知阿波罗尼斯有个儿子也叫做阿波罗尼斯。Conics共有八册,但在希腊文版本中只有前四册被保存下来,然而 阿拉伯语 版本的Conics的前七册均被保留了下来。

阿波罗尼斯亦是位利用数学方法研究相关 天文学 (即使用几何的模型去解释星球理论)的重要创始人,也是许多应用的发明人,例如他发明了hemicyclium,即一个表面上有着时刻线的圆锥形的 日晷 ,这个日 带给当时的计时工作有更大的精确度。

参考资料

  1. Apollonius of Perga britannica 2024-08-18