数学界又一里程碑

时间:2023-05-29 10:10:19 手机站 来源:网友投稿


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引言

往往有这样的情形:为科学和技术开拓新道路的,有时并不是科学界的著名人物,而是科学界毫不著名的人物,平凡的人物,实践家,工作革新者。

把n取成无穷大时,(1)、(2)两式是无限精确。

这是数学论文《关于悬链线计算公式的讨论》中求悬索水平力和下垂度的两个计算公式。这篇论述悬链线的数学论文极不好懂,这两个计算公式,即使是著名的专家教授,对不专门从事这一分支研究的,也不一定能看懂。但是,这篇论文已经得到了我国数学界的公认,风靡学术界。难能可贵的是,这篇数学论文还给我们排出了悬链线函数表,为以后的工程应用提供了便捷易用的途径。

石家庄铁道大学主要从事悬索、桥梁及结构工程方面研究的张志国教授看到这篇数学论文时,大加赞赏,对其给出精辟论断:“在深入阐述悬索受力特征基础上,采用几何法,结合极限概念,推导了悬索计算的悬链线解答,具有更高的计算精度,并用表格表达其关系以方便查用,具有适合工程应用的特点。该文结论具有工程应用价值。”

达·芬奇是意大利著名的画家,他的杰作《蒙娜丽莎》给我们带来了永恒的微笑。他在作画时,常常用数学家、物理学家、生物学家、工程师睿智的眼光对人体,特别是脸部的结构以及人物与背景的关系做精确的观测,他的作品常常给人一种震撼人心的和谐美的享受。但是,当达·芬奇对自己《抱银貂的女人》脖颈上悬挂的黑色珍珠项链与女人相互映衬产生的美与光泽发生惊讶时,他对悬挂在女人脖颈两侧,在其重力作用下自然下垂展现神奇美的项链曲线,叫什么?却给他和后人留下了一个世界性的研究课题。

惋惜的是达·芬奇最终没有找到答案就去世了。随即,在十七世纪就引发了人们对这种链条曲线的世界大讨论。曾一度时期,意大利著名的天文学家伽利略、荷兰著名数学家吉拉尔都曾认为链条的曲线是抛物线。连雅各布·伯努利(瑞士)这样的世界一流数学家当时都对这样的曲线一筹莫展。

而后,荷兰的物理学家惠更斯终于用物理方法证明这条链条形成的曲线不是抛物线,但到底是什么,他一时也求不出来。直到几十年后,雅各布·伯努利再次提出这个问题。他反复研究苦苦思索,在与达·芬奇的时代时隔170年,于1690年5月,在一篇论文中终于首先提出了确定该链条曲线为悬链线性质(即方程)的问题。

同时,物理学家惠更斯、大数学家莱布尼茨(德国)、数学家约翰·伯努利(雅各布·伯努利的弟弟,当时,年仅24岁。)三人各自给出了正确的解答。而他们能够解答这个问题还得益于当时刚刚出现的一项伟大的数学发明——微积分。

后来数学家发展了悬链线问题提出了数学上的双曲函数概念。

曲线的命名和函数的给出并不能使其得到工程上的实际应用。苏联的先帝彼得大帝距今约三百年,与我国的康熙皇帝处于同一年代,在当时修皇宫的时候,他就组织了欧洲的数学家和工程专家,施工的时候就提到悬链线的事情,但由于没有实用性的研究结果,却无法实施。

长期以来,人们只能把悬链线这样的曲线当作抛物线来处理。苏科版数学课本九年级(下册)第6章《二次函数》复习题中有这样一道题目:美国圣路易斯市有一座巨大的拱门,这座拱高和底宽都是192m的不锈钢拱门是美国开发西部的标志性建筑。如果把拱门看作一条抛物线,你能建立恰当的平面直角坐标系并写出这条抛物线对应的函数关系式吗?试试看……

教科书不仅没有把这种悬链线形状的拱门给出确切的说法,教师还引导学生把我们身边常见的广场上的喷泉、中华门城堡的城门、灵谷寺无梁殿的拱形殿顶等等都混淆说成是“抛物线”型的曲线形状。

悬链线的应用成了世界科学家亟待解决的难题。在1925年,苏联四泰依阳曼教授经过深刻的研究首先在其一篇数学论文(奥德斯基工业学院杂志《科学与技术》1925年)中给出了悬链线曲线应用的悬链线计算公式。

四泰依阳曼教授的计算公式上了杂志以后,世界上旋即就出现了悬链线的微分方程、对数方程、导数方程、参数方程。最晚于1932年已选于高等教本,步入大学殿堂,用于各种工程设计计算。

我国最早的材料力学是1950年翻印苏联的。这本材料力学是由别聊耶夫1932年编著的教学用书。

就在四泰依阳曼教授的计算公式被各国大学教授奉为经典,在大学神圣的殿堂风靡60多个年头的时候,中国人的研究却使它变得体无完肤,漏洞百出。

中国关于此种曲线的研究论文——《商榷“悬链线”》是在1990年由付可一研究撰写发表于《潜科学》(北京计算机学院主办)杂志第四期;第二次是经西安电视台总编室主任王琼韬建议,在2004年以《悬链线新论》发表于《创新》杂志(陕西公路勘察设计院主办)第二期;第三次经石家庄铁道大学张志国教授修改完善,定为《关于“悬链线”计算公式的讨论》,在2010年发表于《教育与发展》杂志(教育部基础研究中心主办)第12期。

该数学论文一经问世,立即引起学术界一片哗然。1990年12月19日,付可一应邀参加了在北京理工大学“远志楼”召开的全国思维科学成果展览会。他的《商榷“悬链线”》的研究成果和当场即兴演讲得到了北京理工大学数学系教授、《潜科学》杂志的编辑、他的论文《商榷“悬链线”》的审稿人——陈文灯,钱学森的高级助手、国防科工委信息研究中心教授、后担任科学研究所副所长、中国人民科技大学兼职教授、英国剑桥大学名誉教授——郭俊义等与会专家的一致好评。

中央人民广播电台对付可一的事迹进行了及时报道。随后的十来年时间里付可一再接再励,不断挖掘悬链线的理论,拓展悬链线理论的适用范围,把悬链线知识向更高一层的科学领域挺进。

1999年,他的关乎悬链线理论的《流线体》论文发表于中科院高能物理研究所主办的国家级权威杂志《现代物理知识》第6期。在这篇尖端科学论文里,他阐述鲜为人知的“流线体”,提出自己独到的流线体概念和理论见解,又创造了世界科学史上的奇迹。

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