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阿基米德的墓志銘為什么是幾何圖形?

《關于球體和圓柱體》是出生于公元前287年的古希臘偉大的物理學家和數學家阿基米德所寫的一本科學著作。在這部著作中,他介紹了他發現的一項重要成果:球的體積與其外切圓柱體的體積之比是2∶3。這一發現是通過立體測量得來的,意義十分重大。今天,我們所有的立體測量,都是從阿基米德開始的。

人死了,立個墓碑,刻上死者的生平簡介,這就是墓志銘。

被恩格斯稱為對科學作了“精確而又系統研究”的重要代表人物阿基米德,他的墓志銘卻是個幾何圖形:一個圓柱體和它的內切球。這個特殊的墓志銘與他的一本著作《關于球體和圓柱體》有非常緊密的關系。

阿基米德(公元前286~前212)生于美麗的港口城市敘拉古,他從小就對一切新鮮事物感興趣,喜歡聽故事和觀察事物,具有豐富的想像力。在他11歲的時候,他便來到了埃及的亞歷山大城學習和工作。在這里,他完成了許多項發明和科學著作,其中最有名的就是《關于球體和圓柱體》這本著作。

《關于球體和圓柱體》這本著作的產生有一個非常有趣的故事。

有一次,阿基米德的鄰居的兒子詹利到阿基米德家的小院子玩耍。小詹利看到院子里有許多幾何體,就搬起這些幾何體搭教堂的模型。他先搬來一個圓柱立好,然后找到一個圓球,想按照教堂門前柱子的模型,準備在柱子上加上一個圓球??墒?,由于圓球的直徑和圓柱體的內徑正好相等,所以圓球“撲通”一下掉入圓柱體內,倒不出來了。

于是,詹利叫來了阿基米德,當阿基米德看到這一情況后,立即思索起來:圓柱體的高度和直徑相等,恰好嵌入的球體不就是圓柱體的內切球體嗎?

但是怎樣才能確定圓球和圓柱體之間的關系呢?這時,小詹利端來了一盆水,要把圓球沖洗干凈。

阿基米德此時眼睛一亮,連忙接過水盆進行起測試來。他把水倒入圓柱體,又把內切球放進去;再把球取出來,量量剩余的水有多少;然后再把圓柱體的水加滿,再量量圓柱體能裝多少水。

這樣反復倒來倒去的測試,他發現了一個驚人的奇跡:內切球的體積恰好等于外切圓柱體的容量的2/3。

阿基米德欣喜若狂,記住了這一不平凡的發現,并由此創作了《關于球體和圓柱體》這本科學著作。

在《關于球體和圓柱體》一書中,先講述定義和假定。第一個假定,或者說公理,就是連接兩點的線中以線段為最短。

在論及球的表面積、球的體積時,他得到了完全正確的結論:球面積等于其大圓面積的4倍。球的體積與其外切圓柱體的體積之比是2︰3。

事實上,他是把上面那個圓形繞虛線旋轉,生成了一個內切于半球的圓錐,而半球又內切于一圓柱。這3個圓形體(旋轉體)的體積之比為1︰2︰3。

這一精彩的定理是阿基米德特別喜愛的一個成果,他認為這項成果非常重要,所以早就立下遺囑,要把一個帶有外切圓柱體的球以及它們的比例(2︰3)雕刻在墓碑上。

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