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皮納爾對對數的貢獻

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是 約翰·納皮爾,

不是皮納爾

納皮爾研究對數的最初目的,就是為了簡化天文問題的球面三角的計算,他也是受了等比數列的項和等差數列的項之間的對應關系的啟發。納皮爾在兩組數中建立了這樣壹種對應關系:當第壹組數按等差數列增加時,第二組數按等比數列減少。於是,後壹組數中每兩個數之間的乘積關系與前壹組數中對應的兩個數的和,建立起了壹種簡單的關系,從而可以將乘法歸結為加法運算。在此基礎上,納皮爾借助運動概念與連續的幾何量的結合繼續研究。

納皮爾畫了兩條線段,設AB是壹條定線段,CD是給定的射線,令點P從A出發,沿AB變速運動,速度跟它與B的距離成比例地遞減。同時,令點Q從C出發,沿CD作勻速運動,速度等於P出發時的值,納皮爾發現此時P、Q運動距離有種對應關系,他就把可變動的距離CQ稱為距離PB的對數。

當時,還沒有完善的指數概念,也沒有指數符號,因而實際上也沒有“底”的概念,他把對數稱為人造的數。對數這個詞是納皮爾創造的,原意為“比的數”。

他研究對數用了20多年時間,1614年,他出版了名為《奇妙的對數定理說明書》的著作,發表了他關於對數的討論,並包含了壹個正弦對數表。

納皮爾與對數

納皮爾(Napier,1550-1617年)是蘇格蘭數學家。納皮爾1550年出生在蘇格蘭首府愛丁堡,他從小喜歡數學和科學,並以其天才的四個成果被載入數學史.。其中他發明的對數使整個歐洲沸騰了。.拉普拉斯認為“對數的發現,以其節省勞力而延長了天文學家的壽命”。可以說對數的發現使現代化提前了至少二百年。

對數是中學初等數學中的重要內容,那麽當初是誰首創“對數”這種高級運算的呢?

在納皮爾所處的年代,哥白尼的“太陽中心說”剛剛開始流行,這導致天文學成為當時的熱門學科

。可是由於當時常量數學的局限性,天文學家們不得不花費很大的精力去計算那些繁雜的“天文數字”,因此浪費了若幹年甚至畢生的寶貴時間。納皮爾也是當時的壹位天文愛好者,為了簡化計算,他多年潛心研究大數字的計算技術,終於獨立發明了對數。

當然,納皮爾所發明的對數,在形式上與現代數學中的對數理論並不完全壹樣。在納皮爾那個時代,“指數”這個概念還尚未形成,因此納皮爾並不是像現行代數課本中那樣,通過指數來引出對數,而是通過研究直線運動得出對數概念的。

那麽,當時納皮爾所發明的對數運算,是怎麽壹回事呢?在那個時代,計算多位數之間的乘積,還是十分復雜的運算,因此納皮爾首先發明了壹種計算特殊多位數之間乘積的方法。讓我們來看看下面這個例子:

0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、……

1、2、4、8、16、32、64、128、256、512、1024、2048、4096、8192、16384、……

這兩行數字之間的關系是極為明確的:第壹行表示2的指數,第二行表示2的對應冪。如果我們要計算第二行中兩個數的乘積,可以通過第壹行對應數字的加和來實現。

比如,計算64×256的值,就可以先查詢第壹行的對應數字:64對應6,256對應8;然後再把第壹行中的對應數字加和起來:6+8=14;第壹行中的14,對應第二行中的16384,所以有:64×256=16384。

納皮爾的這種計算方法,實際上已經完全是現代數學中“對數運算”的思想了。回憶壹下,我們在中學學習運用對數簡化計算的時候,采用的不正是這種思路嗎:計算兩個復雜數的乘積,先查《常用對數表》,找到這兩個復雜數的常用對數,再把這兩個常用對數值相加,再通過《常用對數的反對數表》查出加和值的反對數值,就是原先那兩個復雜數的乘積了。這種“化乘除為加減”,從而達到簡化計算的思路,不正是對數運算的明顯特征嗎?

經過多年的探索,納皮爾男爵於1614年出版了他的名著《奇妙的對數定律說明書》,向世人公布了他的這項發明,並且解釋了這項發明的特點。所以納皮爾是當之無愧的“對數締造者”,理應在數學史上享有這份殊榮。偉大的導師恩格斯在他的著作《自然辯證法》中,曾經把笛卡爾的坐標、納皮爾的對數、牛頓和萊布尼茲的微積分***同稱為十七世紀的三大數學發明。法國著名的數學家、天文學家拉普拉斯曾說:對數,可以縮短計算時間,“在實效上等於把天文學家的壽命延長了許多倍”。

下面是廣泛流傳的有關納皮爾的兩個小故事

壹次,他宣稱他的黑毛公雞能為他證實,他的哪壹個仆人偷了他的東西。仆人們被壹個接壹個地派進暗室。要他們拍公雞的背,仆人們不知道耐普爾用煙灰塗黑了公雞的背。自覺有罪的那個仆人怕碰著那個公雞。所以回來時手是幹凈的。

還有壹次耐普爾因他的鄰居的鴿子吃他的糧食而感到煩腦,他恫嚇道:如果他鄰居不限制鴿子,讓它們亂飛,他就要沒收些鴿子。鄰居認為他的鴿子是根本不可能被捉住的,就告訴耐皮爾,如果他能捉住他們,盡管捉好了。第二天,鄰居看到他的那些鴿子在耐普爾的草坪上蹣跚地走著,十分驚訝。耐普爾鎮靜自若地把它們裝進壹只大口袋.原來,耐普爾在他的草坪上各處撒了些用白蘭地酒泡過的豌豆,使這些鴿子醉了。

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