本世纪最难的三角函数(三角函数如何学)(1)

太阳有多大?太阳距离我们多远?那月亮呢?

地球是一个球体,那这个球体有多大?

地球在转动,那为什么我们感受不到呢?

我相信每个当父母的都在孩子小时候遇到这样的场景,遭遇“十万个为什么”。我们拿出手机,头条一下就知道答案了。

那在远古时代,没有这些科学知识时,那些睿智的人也会问自己这些问题。两千多年前的人类是如何一步步思考解决这些问题的呢?

我一直想绕开其他学科,如天文学,哲学,地理学等等,把数学单独拎出来讲,事实上是很难的,在古代,数学家常常有其他身份,不如哲学家,天文学家,物理学家,力学家,地理学家等等。

在古代,各种数学分类的诞生是为了解决日常实际问题的,比如几何最开始是为了丈量土地,总有一些土地的形状稀奇古怪,那就迫使人找到一个方法去准确测量。那么三角学和天文学在早期也是伴生关系,三角学依附于天文学而存在。古代人民想观察天体的运动来报时,定制日历,帮助航海和研究地理等等,而且球面三角学的研究是先于平面三角学。

草草说下天文学方面的发展吧。

比如最早的是亚里士多德提出的56个天体宇宙模型,

然后就是阿里斯塔克比哥白尼早1800年提出日心说的数学家是谁?阿里斯塔克提出了日心说,并不被世人所认可,因为阿里斯塔克无法解决两个问题,一个是地球在转动,为什么我们感受不到,第二个恒星视差没有被观察到。什么叫视差呢,如果我们前面有两个物体,当我们走动时,观察到物体之间以及我们和他们之间都有不同的,但是我们看到的恒星之间根本没有察觉。这个问题是历史局限性,工具太落后,等到天文望眼镜被发现后,恒星之间的视差就被发现了。

写了《圆锥曲线论》的阿波罗尼奥斯(科普数学家之阿波罗尼奥斯之《圆锥曲线论》)提出了一个假想,就是行星自己绕着一个虚无的中心转圈,这个圈被称为“本轮”,而本轮的中心又绕着地球转动,这叫均轮。这样就可以解释我们肉眼看到的行星运转方式了。

但是阿波罗尼奥斯,他的兴趣在数学,天文学上只提出了一个假想,并没有深入研究。

大概过了100多年,希帕恰斯出现了,他绘制了记录了1000多个恒星的星图,大家还记得我写的阿波罗尼奥斯的老师欧多克斯(发现黄金比例,解决历史上第一次数学危机的古希腊数学家欧多克斯)也绘过星图。希帕恰斯发现两个星图之间竟然存在不同,经过仔细思考,他发现恒星竟然在均匀地移动,这个现象被称为“岁差”。而且他还发现地球和太阳的距离是变化的。

希帕恰斯继续研究本轮-均轮体系,把一个设想发扬光大,还引入了偏心运动,就是行星不是围绕地球转动,而是围绕地球附近的某一空间转动,但是没有形成一个系统的理论。

希帕恰斯在天文学上的贡献被300年后的托勒密(已科普)继承了,托勒密在天文学上形成了一个系统的理论,当然某一部分是错的,比如地心说,这个是历史的局限性。

托勒密继承的还有希帕恰斯的三角学知识,初中的如果玩竞赛的就知道托勒密定理。占星大师,天文学大师,绘图专家,托勒密最爱数学家的头衔

希帕恰斯就是今天要介绍的数学家。

他是古希腊人,出生于公元前200年。他是三角学的创始人。

三角形,trigonometry,是三角形triangle和测量gonometry两词的组合,直译就是测量三角形。

创立了三角形,希帕恰斯根据相似三角形比例原理得出,任何一个相似的直接三角形,直角边与斜边的比,两个直角边的比,这些都与角度有关,与边长无关,后世大家分别把这个取名叫正弦,余弦,正切,余切,这就是三角函数。希帕恰斯是第一个全面运用三角函数的人,并制定了比较精确的三角函数表。

本世纪最难的三角函数(三角函数如何学)(2)

希帕恰斯是这样做三角函数表的。先画一个足够大的圆,把圆平均分成360份,再把一个直径平均分成120份,再把每一小份平均60等份,再一次60等份,这样可以测量一个角度对应的弧长除以直径,约等于现在的正弦函数,大家可以试试做做看。

我想解释下数学中的三角学为什么紧密地联系着天文学,因为古希腊人一直在思考几个问题,1个是地日距离,地月距离,日月地的半径,金木火星的轨迹半径等等。古数学家解决这一系列问题中,这些奇妙的方法让我们大开眼界。

当孩子问你,我们和太阳相距多远,不是打开手机查百度,而是画个图,给孩子讲个故事,算是最初的数学启发。

测量地日距离,天文学家阿里斯塔克就在特定的时间(半月)发现地日月刚好构成一个直角三角形。如图:

本世纪最难的三角函数(三角函数如何学)(3)

测量地球半径的埃拉托斯色尼(古希腊数学家埃拉托斯色尼教我们如何筛选质数的方法)夏至这一天使用北回线的一口井:

本世纪最难的三角函数(三角函数如何学)(4)

日食时测量日月的半径:

本世纪最难的三角函数(三角函数如何学)(5)

本世纪最难的三角函数(三角函数如何学)(6)

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