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他们认为自由落体运动的原因是“引力”,即地球总是吸引着物体。伽利略通过实验,发现了“下落距离和下落时间的二次方成比例”,笛卡儿通过几何学上的考察证明了“下落速度和下落时间成比例”。
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开普勒的大发现
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如此一来,与“运动”相关的议论都可以汇集到“行星运动”中。
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在哥白尼活跃的时代后大约100年的1619年,庞大而精确的天体观测数据汇聚成了重要的“法则”。
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德国天文学家约翰尼斯·开普勒(1571~1630)发现了行星的运动法则——第一法则(椭圆轨道法则)、第二法则(面积速度一定法则)、第三法则(行星光转周期的二次方和椭圆轨道的长半径的三次方成正比)这三大法则。
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正如伽利略所说,“宇宙是用数学的语言书写的”。因此,行星的运动也可以说是用数学的语言来记述的。这既决定了地动说的优势地位,同时又脱离了哥白尼、伽利略等关于行星圆周运动的诸多理论,使行星运动可能被更加正确地记述下来。
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开普勒方程
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用时间的函数来表示围绕太阳运转的行星位置!
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以开普勒的名字命名的还有一个算式,那就是表示椭圆运动的“开普勒方程”。
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开普勒根据这个方程式,通过行星的观测位置推算其轨道,即解答“用时间的函数来表示围绕太阳运转的行星位置”的问题。努力的结果就是,开普勒得到了之前的三个法则,可是仍没能解开方程式。
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1770年,法国天文学家、数学家拉格朗日(1736~1813)成功导出了“开普勒方程”。解题时他用到了牛顿的运动方程式(为微积分方程式)。
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而成功解开“开普勒方程”这道难题的人是贝塞尔。以他名字命名的“贝塞尔函数”正是他解答开普勒方程时用到的函数。
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从古希腊的亚里士多德开始,经过哥白尼、伽利略、笛卡儿,再到17世纪的开普勒和牛顿,人类对“运动”的研究逐渐到达顶峰。
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运动的身边有数学相伴
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一开始对“运动”的研究仅限于自由落体、抛物运动等我们身边的现象,后来这个范围不断扩大,最后甚至涉及行星运动等规模宏大的现象。这一切都源于人类对“运动”现象理解上的不断努力。而“数学”总是伴其左右。
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大家觉不觉得,靠近数学似乎就是靠近了自然的真理。
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17世纪伽利略曾留下这样一句话:“宇宙是用数学的语言书写的。”这句话完全传递了数学的精髓。
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数学真好玩 “4”的故事
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科学世界中神奇的“4”
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提到“4”大家会想到什么?
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