數學,一門幫助我們生活的更好的學科


院士面對面丨萬物皆數 林羣_騰訊視頻

數學是一門古老的學科,早在原始社會時期,人們就發明出了數字用以記錄生產和生活的規律。各個學科也把數學視爲最基礎的學科。由此可見,數學滲透在我們生活的各個領域,是幫助我們瞭解世界的重要工具。

測量的發展史

正如林羣院士所說,在實際生活中,我們也會面臨各種數學問題,例如測量物體、距離等。在我國古代就記錄了多種測量的方法。據《春秋緯》上記載,五帝之一的炎帝,爲了度量大地而遠涉幾十萬裏,可見當時步量(踏勘)是測量的基本方法之一。 到後來也有用馬匹、車輿和船隻的測量。

立杆測影是利用測量日影的長度推測距離、位置的方法。具體方法是:在同一天的中午,在南北方向兩地分別豎起同高的表杆(通常高8尺,相當於1.88米),然後測量表杆的影子,並根據“寸影千里法則”(日影差一寸,實地相距千里)推算南北兩地距離,並把夏至日的影長爲1.5尺的地方視爲方形大地的中心。據《周禮》記載,這個地點在陽城(今河南登封),這也反映了古人“天圓地方”的觀念。 

到三國時,吳國人趙爽在爲《周髀算經》作注時,繪製了日高圖。日高圖是利用雙杆測量日影推算太陽高度的示意圖,利用相似三角形邊長成比例的原理測得太陽高度和兩地的較遠距離,爲間接測量提供了方法。並廣泛應用到測算海島、山鬆、樓房的高度,測算城池的大小,測算澗谷的深度,測算河口、湖塘的寬度等實際生活中。

漢代以後,先後發明了渾天儀、覆矩、牽星板等測量工具,天文測地活動更加活躍,方法更爲精密,先秦常用的步量、丈量、立杆測影方法也仍然具有生命力。

到了明代萬曆十年(1582年),意大利傳教士利瑪竇來華,帶來了西方的天文測地方法。崇禎二年(1629年),成立了由西方來華人員參加、採用西方測算方法的西局,並與採用中國傳統天文測量方法的中局一起,共同進行天文觀測。經過5年的準備,製造了象限大儀、紀限大儀、平懸渾儀、列宿經緯天球、萬國經緯地球、候時鐘、望遠鏡等10種新式儀器,並開始實施以測時刻、定方位、測子午、測北極高度爲內容的實際觀測。

海上測量

在西方,由於受地形因素的影響,更多的人把目光望向了廣闊的海洋。如我們熟知的哥倫布、白令等都是大航海時代偉大的探險家,他們航海的主要任務之一就是繪製地圖、探索新的區域。

在茫茫的海面上如何測量距離就成了一個重要的問題。與地面上不同,海面上沒有參照物,航海家只能根據自身經驗,利用一些最基本的航海儀器,一個羅盤、各種海圖、一幅兩腳規、一把直尺和一個計時的沙漏,通過定時估算航速、航向和航行的時間大致計算出船的大致位置,其準確性也可想而知,並不可靠。

現代科技測量

現代科學技術的快速發展,極大的促進了測量繪圖技術的更新。現在的測量中採用的遙感、衛星、GPRS等技術都極大的提高了測量效率和精度。但不能忽視的是,這些精密儀器也都是建立在數學算法的基礎上得出的,從古到今人類走出的每一步都爲以後的發展打下基礎,未來將會出現什麼樣的科技成果,更需要我們每個人的共同努力。

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