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对数的历史

伽利略说:“给我时空和对数,我就能创造一个宇宙。”

拉普拉斯称赞:“对数的发明节省了劳力,延长了宇宙。” 延长了天文学家的寿命。”

恩格斯曾把对数的发明与微积分的建立、解析几何的创立并称为17世纪数学的三大成就。

现在让我们来谈谈对数的发明者——苏格兰人纳皮尔。 纳皮尔于 1550 年出生在苏格兰爱丁堡附近一个名叫曼彻斯特斯通城堡的小镇。 他是这座城堡的第八代地主。 他真的有房有地有田。 他从小就过着幸福的生活,所以纳皮尔一直没有正式的工作,因为他根本不需要。

当欧洲宗教革命开始,苏格兰转向新教时,纳皮尔成为撰写攻击旧宗教文章的先锋。 当时传出西班牙要进攻苏格兰,想要保家卫国的内皮尔研究武器准备与西班牙殊死搏斗。 结果,武器还没造出来,英国就已经打败了西班牙无敌舰队,纳皮尔却依然成了英雄。

纳皮尔是一个令人印象深刻的人。 他身材高大,常身着黑袍,给人以睿智之人的形象。 当他从爱丁堡旅行时,他经常随身携带一只黑公鸡,许多人怀疑他用它来施巫术。

有一次纳皮尔怀疑他的一个仆人偷窃。 于是他叫所有的仆人来到一个封闭的房间里,告诉他们房间里有神奇的黑公鸡。 他让所有的下人轮流进屋捉鸡,然后放鸡出屋。 公鸡的力量会观察哪个仆人是小偷。 实施盗窃的仆人很快就被抓了。 当然,这并不是说公鸡是超自然的。 事实上,纳皮尔事先在公鸡身上撒了一些烟灰。 盗仆不敢握神鸡,白白的双手暴露了他的身份。 (这个故事是不是有点眼熟?)

说完主人公的故事,让我们回归主题。 16世纪以来,由于天文和航海计算的强烈需要,天文学家的头发和胡子都花白了。 为什么? 计算量太大,大数相乘让顶尖天文学家望而生畏。 举个例子吧,地球到太阳的平均距离是R=1.496×1011米。 地球公转周期T=3.156×10的7次方,根据万有引力公式和牛顿运动定律求出太阳的质量。 你怎么觉得有点害怕?

为了解决这些复杂的数值运算,数学家自然希望将乘法和除法简化为简单的加减法。 这个想法的灵感来自熟悉的三角公式乘积和差分。 经过潜心研究,纳皮尔用独特的方法构造了对数法,解决了球面三角计算的简单方法。 1614年他出版了一本名为《奇妙对数法则的解释》的书。 他将对数命名为“Logarithmorum”,“logos”的意思是“理性”,“arithmos”的意思是“数字”。 据说当时科学界欣喜若狂,不少人感慨万千。 甚至有人不远千里来看纳皮尔,就是为了表达谢意,纳皮尔的名声也因此达到顶峰。

为纪念纳皮尔,英国于1964年成立了爱丁堡龙比亚大学,学校以他的姓氏命名,而他出生的城堡现在是爱丁堡龙比亚大学校园的一部分。 (约翰·纳皮尔,又译约翰·纳皮尔)。

对数的实用价值很快被纳皮尔的朋友、伦敦格雷欣学院的几何学教授布里格斯所认可。 与纳皮尔合作,他获得了今天所谓的“常用对数”。 1624年,他在《对数运算》一书中,发表了以10为底的14种常用对数的表格。

瑞士仪器制造商比尔吉也在1600年独立发明了对数法,以简化天文计算。 不过,它的发明直到1620年才公布。

根据对数运算的原理,人们还发明了对数计算尺。 这个神奇的计算工具是每个科学工作者,尤其是工程技术人员必备的工具。 直到 20 世纪 70 年代,它才让位于电子计算器。

从上述对数的发明过程中,我们可以发现纳皮尔在讨论对数概念时并没有使用指数与对数的倒数关系。 这是因为当时没有明确的索引概念。 1637年起,法国数学家笛卡尔开始使用指数表示法。 直到18世纪,瑞士数学家欧拉发现了指数与对数的倒数关系。 首次指出“对数来源于指数”。 但是对数是在指数之前发明的,这是数学史上的一大奇闻。

在数学史上,任何概念的发现都经历了一个曲折的过程,其中充满了数学家的想象力、创造力和不屈不挠的求真精神。

如何将数学史融入中小学数学教育,是每个数学教育工作者需要思考的课题。 数学史可以通过多种方式融入数学课堂,相关的网络资源也非常丰富。 通过对数学史的介绍,可以打造不一样的数学课堂,改变学生,也改变教师。

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