【科學史日誌】1675年10月:萊布尼玆 (Gottfried Wilhelm Leibniz) 的原始「積分」構想

大家都聽過微積分,但應該許多人不知道微積分的重要性為何。事實上,微積分的發明提供了計算速率的最佳工具,使得定量科學發展神速。微積分的發展眾所皆知需歸功於牛頓與萊布尼茲。牛頓的思維邏輯大家可能比較熟悉,但另一位萊布尼茲的思路可能就鮮為人知了。究竟這位科學巨擘是如何研究微積分的呢?

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【科學史日誌】1675年10月29日:萊布尼茲 (Gottfried Wilhelm Leibniz) 完成建構積分並引入積分符號

博學的萊布尼茲,除了是位哲學家、科學家、外交家之外,更因發展出微積分,而在數學史上佔有重要的地位。年僅十四歲的萊布尼茲便進入萊比錫大學主修哲學、法律和數學,開始接觸到伽利略、培根、霍布斯及笛卡爾等科學家的新思潮。他初抵巴黎便結識惠更斯並在他的指導下,致力研習物理和數學。在巴黎苦讀數學的萊布尼茲終於綻放出創意的花朵。1675 年 10 月 29 日他在手稿中引入符號「∫」即將拉丁文「summa」(英文「sum」總和) 的第一個字母 「s」 拉長,以表示積分。但其實這一路以來波折不段,之後與牛頓的糾葛更是讓他抑鬱,跟著科學史日誌一起回顧萊布尼茲艱辛、精彩的一生⋯⋯

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蒲公英可以飄多遠?答案或許超乎你的預期

蒲公英是風力傳播子代的代表性植物之一,但它們到底可以飛多遠,影響飛行距離的因子卻不一定為人所知。本文依序介紹 (1)蒲公英果實的基本構造和相關機制,(2)長程傳播(LDD, long distance dispersal)的概念,以及 (3)蒲公英根據實驗模擬出的飛行距離。藉由蒲公英飛行的相關文獻,可以了解此植物實際種子散播的情況;也可以讓人重新審視,過往對事物直觀的推測,或許不如想像中簡單。

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世界上14%的樹種還沒被發現?利用統計量估計地球樹木的物種多樣性

世界上有多少種類的樹,是相當大尺度的問題!本文介紹 2022年一篇研究利用GFBI(Global Forest Biodiversity Initiative)及TREECHANGE資料庫,以及生物多樣性的chao2統計量,估計出地球上的樹種推估量。結果顯示,地球上約有73,000種樹木,其中約有9,000餘種尚未被發表或描述過。以洲的尺度可發現,南美洲的生物多樣性最高,潛在的未發表物種也最多⋯⋯

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【科學史沙龍】〈108數學課綱與數學史隨談:以國中、小為例〉&〈108數學課綱與數學史雜談:以高中數學為例〉

108 年課綱正式將「數學是一種人文素養」列為基本理念之一,使得數學史在我國的數學課綱中,找到應有的位置。本講次以教材編選與教學實施為切入點,分享數學史在過去與現今中小學數學課程中的使用情況,以及數學史融入中小學數學教學的困難與未來展望。

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古巴比倫人比希臘人更早使用畢氏定理

澳洲數學家透過典藏於伊斯坦堡考古博物館的古巴比倫楔形文字泥板Si.427,發現了目前全球最早的畢氏定理應用紀錄,較公元前六世紀希臘的畢達哥拉斯早了一千餘年。該泥板詳載了三組畢氏三元數,應用於當時土地買賣邊界上的棗椰樹糾紛。儘管Si.427泥板並未以現代所熟悉的代數方式呈現畢氏定理,但刻劃內容顯示當時的巴比倫人已懂得利用直角三角形兩邊長和斜邊之間的相互關係。

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【科學講古列車】數學與禮物交換──三次方程式與虛數的恩怨情仇

為什麼x2+1=0要有解?國中的時候,只需要在答案卷上寫個無解,就能讓我們考上高中。為什麼上高中之後,這個方程式就應該要有解?虛數又是什麼?在實際運用上很重要嗎?沒有虛數會怎麼樣?要了解這個問題,必須先從文藝復興說起……

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【科學史沙龍】〈數學史觸發的文學創意與想像〉&〈當詩詞與數學相遇〉

數學與文學一向被視為知識特徵的兩個極端,前者理性,後者感性。不過有學者指出數學與文學的思維有許多類似之處,本講次就分享在大學的數學史選修課中,如何引導學生將數學知識與概念融入小說創作之中,激發他們的文學創意和想像。

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【科學史沙龍】〈非歐幾何是一個時代的結束?還是開始?〉&〈數學史上有革命事件嗎?〉

非歐幾何的誕生,是數學史上的一個傳奇故事,而這圍繞著歐幾里得《幾何原本》的第五設準發展。數學家一開始試圖證明這個設準是否「多餘」,然而在承認這個任務失敗之後,他們終於面對世界上除了歐氏幾何以外,可能存在另一種新的幾何學。
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從歐氏幾何真理的瑣碎補題出發,到嶄然確立的怪異幾何,非歐幾何的橫空出世,結束了一段兩千年的真理追索。透過對於高斯無上定理的認識,以及繼承高斯思想的黎曼發明/發現的幾何新觀點,非歐幾何得以被納入更宏大的系統,為現代數學與物理學奠立了新基礎。本講次主要交代高斯在非歐幾何發展史上的樞紐地位。

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【科學史沙龍】〈轉角遇到鬼——以有限大駕馭無窮小的epsilon-delta〉&〈根號-1的故事〉

微積分發展初期,使用直覺式的論證,雖然實務上解決了許多問題,但是也陷入邏輯上的困境,論證的過程甚至被批評是「看到鬼」。數學家後來以「 epsilon-delta 極限定義法」,解決直覺論證的邏輯問題。本講次除了介紹其來龍去脈之外,也舉出人類為了理解「無窮」這個概念,想出來的許多方法,一起來認識這個美麗深邃的世界。

以複數為基礎的複變函數,可應用於流體力學、熱力學、電磁學等領域,是實用性相當高的數學思維。然而根號 -1 這個違反人們直覺的概念,直到 19 世紀才正式為數學界所接納。本講次介紹以根號 -1 為代表,虛數與複數概念的發展歷史脈絡。

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【科學史沙龍】〈物理學家:高斯?〉&〈雷達英雄後傳之電波天文學〉

有數學王子之稱的德國數學家高斯,是史上數一數二的偉大數學家,但是很少人知道他也是一位傑出的物理學家。他不僅成功預測榖神星的軌道,做過大地測量跟地磁測量,決定電磁學的單位,在光學研究也頗有造詣,甚至跟架設了第一條電報。本講次介紹高斯在物理學方面,較不為人知的各項成就。

雷達是現代人熟知的科技,其應用全來自二次大戰時期,英美共同研發的關鍵技術。在大戰結束之後,研發雷達技術的物理學家們回到學界,促成促成電波天文學的蓬勃發展,為人類探索宇宙開啟了另一扇窗。

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何處停車?物理學家的停車策略

當騎著U-bike到停車站時,面對眼前的這個空位,究竟是要放棄它繼續往下騎,期待著離捷運出口更近的空位,但卻會冒著其他位置都滿,結果只能被迫折返的風險呢,還是保守的選擇它,但看見後面滿滿的空位,最後懊悔自己多走了一大段路。究竟怎樣的選擇是最有效率的? 波斯頓大學的兩位統計物理學家Krapivsky和Redner 在Journal of Statistical Mechanics上發表了他們的研究。

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