摘要:向量是當今數學和物理教育和研究中的基本概念,其理論也是這兩門科學結合的成功范例之一。 因此,我們有必要了解矢量理論的誕生過程及其在中國的傳播,以便使學生更好地掌握矢量的概念和理論。 本文探討了向量的這兩個方面。
關鍵詞:矢量論、吉布斯和赫維西、解析幾何
1.矢量論的誕生
物理學和天文學科學問題的強烈刺激、泰特和麥克斯韋的基礎性工作以及其他許多有利因素為一個新體系的誕生做好了準備。
19世紀下半葉,美國數學家吉布斯和英國數學家赫維賽德出于對麥克斯韋《電磁學理論》的興趣,轉而閱讀泰特關于四元數的著作。 他們發現四元數作為描述物理問題的數學工具非常不方便,于是大膽地徹底放棄了四元數方法,定義了兩個向量的加減運算,并給出了它們的運算規則; 定義了向量乘法的兩種基本形式:量積和向量積,導出了一些基本運算關系; 繼哈密爾頓和麥克斯韋之后,重新定義了向量函數,并引入了向量的微分和積分運算。
在吉布斯和赫維賽德看來,空間向量是不同于四元數的另一個獨立的數學實體,其量積和向量積的定義是概念上的創新。 他們順應時代的需要,依靠自己敏銳的判斷力來決定四元數體系中哪些可以刪除物理學家懷特,哪些可以選擇。 他們在選擇過程中進行了創造性的改進和修改,并融入了一些重要的新思想,使得四元數系統、原子系統在物理應用中的缺點在他們的新系統中消失了,完成了創建這個新系統的最后也是最關鍵的一步。
吉布斯和赫維賽德的矢量理論在物理學界得到普遍認可后,物理學家和數學家開始在物理和數學的各個分支中廣泛使用矢量語言。 現代數學意義上的矢量概念比物理學中的矢量概念有著更深層次的內涵。 它遠遠超出了原來的“有向線段”。 它包含極其豐富的對象,并已擴展到更高的維度。 空間或更抽象的空間。 現代向量論已經滲透到數學的各個領域,并且在物理、力學、天文學、生物力學等領域也得到了廣泛的應用。
2.媒介在中國的傳播
矢量是數學和物理學中的一個對象。 它是隨著物理、數學知識的傳入而傳入中國的。
1883年,美國傳教士丁良出版了編譯的《格物測電》一書。 丁浩良在書中曾用部首“雙立人”來表示向量。 比如“定向距離”他就用“彳距離”來表達。 然而,到了清朝末年,譯者對方向向量仍然沒有足夠的認識。
向量在中國數學中的早期傳播與四元數有關。 在中國第一個提到四元數的人大概是嚴復,另一位較早介紹四元數和向量的學者是周達。周達從日本訪問回來時,帶回了大量珍貴的資料。
1911年辛亥革命后的高等教育導致了20世紀30年代和1940年代中國科學發展的高潮。 這一時期,含有向量論的著作或教科書不斷出現,包括大量西方著作的漢譯本,以及中國學者自己撰寫的著作和教科書。 例如:徐云之譯的英國數學家懷特海的《算術導論》,謝厚帆譯的哈斯的《理論物理導論》; 薩本棟著的《普通物理》、李凡科學的《高中解析幾何》、張永利著的《箭頭計算的初步理論》、胡錦昌著的《箭頭計算的理論》、《理論》和箭頭計算的運動學”,何彥軒等著。
這一時期,我國向量論領域的學者逐漸從早期的學習吸收階段轉向自主研究階段。 除了上面發表的作品外,還出現了大量與向量相關的論文。
同時,國內多所大學已將矢量內容列為數學、物理專業的必修課或選修課。 由此可見向量論在20世紀30年代和40年代我國高等教育中所發揮的重要地位。
20世紀50年代,中國大學數學系大多教授解析幾何中的矢量內容,并一直延續至今。
1992年,我國教工委發布了關于中小學數學教育改革的若干建議,認為中小學教材內容必須大幅縮減,并根據需要進行更新。 此后,高等數學的一些基礎內容被轉移到中學。 飛機上的向量于1996年進入高中數學課程。向量是近年來中學數學課程中不斷加強的部分。 向量,作為數字和形狀融為一體的數學概念物理學家懷特,典型地體現了數字和形狀相結合的思想,溝通了代數、幾何和三角學之間的聯系,在中學數學中發揮著應有的作用。