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勾股定理生活常识用不了的勾股定理

发表于:2024-04-26 09:27:37 来源:蓝莓资讯

勾股定理适用于球面吗?

直至今日,我们仍将由欧氏几何公理推导而出的大批定理奉为圭臬,生活中无处不闪烁着欧氏几何公理的耀眼光彩。

作为最直观也是应用最多的几何体系,欧氏几何非常符合我们的常识。但前面说过,直觉和经验不一定靠得住,常识也是如此。

假设现在有一个直角三角形被放在球面上,如图2-8所示。

图2-8球面上的直角三角形

这时,你会发现勾股定理完全不成立。相比于平坦的欧氏空间,球面显然有着自己不同的曲率,这种曲率使包括勾股定理在内的欧氏几何定理骤然失效。

三角形内角和不一定等于180°,在球面上,三角形内角和大于180°。

两点之间不一定直线最短,在球面上,两点之间最短的是一条曲线。

在地图上,北京与纽约之间的最短线是一条直线,遵循欧氏几何但若在地球仪上,再在北京与纽约之间画一条线,会发现那是一条曲线,遵循非欧几何。

欧氏几何在平坦空间之外的不适用,使数学家创立了与其分庭抗衡的非欧几何,并发现我们的宇宙不是只有长、宽、高三维,可能还有第四维时空。在这些空间里,如果想判断宇宙是不是平坦的,可以利用勾股定理,如果不满足,那么宇宙就不平坦。爱因斯坦曾做过类似的实验,并在广义弯曲空间理论里提出这样一个大开脑洞的假设:物理空间是在巨大质量的附近变弯曲的,且质量越大,曲率 ( curvature)越大。

爱因斯坦为验证自己的假设,根据光线总是走最短路线的原理,用经纬仪观测了位于太阳两侧的恒星所发出的光线的夹角,并在太阳离开后再次观测。如果两次观测的结果不同,就证明太阳的质量改变了它周围空间的曲率,使光线偏离原路。爱因斯坦的理论计算值为1.75”。而1919年,英国爱丁顿领导的考察队用三套设备实际观测到两颗恒星的角距离,在有太阳和没有太阳的情况下相差1.61"±0.30″、1.98″±0.12″和1.55″±0.34″

尽管1.5″这个角度并不算大,却足以证明:太阳的质量确实迫使周围的空间发生弯曲,这与广义相对论的假设完全吻合,爱因斯坦因此名声大噪。

结语:无理即未知

公元前五百多年,勾股定理作为人类发现的第一个定理和第一个不定方程,第一次将数学中的“数”与“形”结合在一起,开始把数学由计算与测量的技术转变为论证与推理的科学。勾股定理是人类文明史上光彩夺目、永不消逝的明珠。

从勾股定理中推导出来的√2,违反了“万物皆数”的理论,却造就了基础数学中最重要的课程-几何学体系。

非欧几何彻底挑战了欧氏几何体系,实现了天文学的根本变革,揭开了高维空间的宇宙面纱。

在数学的世界里,无理即未知,未知即未来。

感悟:一个确定的理论的应用有一定的范围,不是所有的规律都适用于任何情况,就像勾股定理之于曲面。所以做事情要符合情况符合规律,才能给出行之有效的方案和喜人的结果。

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