Файл: Моиз Э.Э. Геометрия.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 233

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

имеем здесь «повторительный» курс, преследующий своей целью не столько сообщение новых фактов, сколько раскрытие структуры геометрии как после­ довательно-дедуктивной математической системы. Следует также иметь в виду, что в старших классах американских средних школ все учебные предметы яв­

ляются в какой-то степени необязательными: каждый курс оценивается в опре деленное число очков, и выбранные учащимся предметы должны быть лишь та­

ковы, чтобы общее число очков оказалось не меньшим фиксированной заранее нормы. При, этом математические курсы оцениваются сравнительно большим

числом очков, так что полностью игнорировать математику учащиеся не могут;

однако

тот «повышенный» курс геометрии,

учебником

которого

является

эта

книга,

отдельные

школьники вполне могут

и пропустить. Но даже и в этих ус­

ловиях

книга Моиза— Д аунса оказалась

слишком трудной для

большинства

школьников, так

что процент тех школ, в которых ее изучают, сравнительно не­

велик;

впрочем, лучшими являются как

раз те школы,

в которых этот учебник

используется.

 

 

 

 

 

 

Популярность книги Моиза—Д аунса

в

США связана не только с ее боль­

шими

научными

и педагогическими достоинствами, о которых мы еще скажем

ниже,

но и с той

высокой ответственностью, с которой отнеслись авторы к

сто­

ящей перед ними задаче. Выше уже упоминалось о составленной Э. Моизом для

учителей математики и для будущих

учителей книге [60],

овладение

которой

очень

облегчает

использование

настоящего учебника. Наряду

с этим

авторы,

в

сотрудничестве

с преподавателем средней школы Герхардом Вичурой,

имевшим опыт работы по этой

книге, выпустили в помощь учителям матема­

тики

еще

два

(!)

пособия: одним из них являлся «решебник», содержа­

щий

решения всех

имеющихся

в тексте

задач,

а

вторым — «учительское изда­

ние»

(Teachers’

Edition) настоящей

книги, о

котором стоит сказать

несколько

более подробно. Внешне это издание

мало отличается от основного

варианта

учебника: оно имеет точно такой же красочный

переплет,

на

котором слова

«Teachers’

Edition»

совсем не бросаются в глаза,

и полностью

воспроизводит

весь текст книги,

напечатанный

на

превосходной

бумаге в

два

цвета — черный

и

красный

(красный цвет используется

в чертежах и в

печатном тексте для

выделения тех или иных деталей). Однако в «учительском издании» весь текст

испещрен

рукописными

заметками, сделанными весьма разборчивым почерком

синими чернилами внутри (или

между) строк и на полях

книги — похоже, что

это

издание

воспроизводилось

фотографическим

способом

с

исписанного ком­

ментатором

основного

издания

учебника.

Во многих случаях

заметки коммен­

татора не

умещаются

на

полях книги; эти места отмечены буквами ТМ и (дроб­

ным)

номером, которые отсылают читателя к приложенному в конце «Руковод­

ству

для

учителя» (Teachers’ Manual), содержащему 137 стр. и напечатанному

на бумаге

синего цвета

(того

же, каким

сделаны

пометки

в

основном тексте);

в конце «Руководства» имеются еще несколько чистых синих листков, которые учитель может использовать для самостоятельных заметок. «Руководство для учителя» содержит общие указания к пользованию книгой, включая детальный

«поурочный план», данный в двух

вариантах — для более сильного и более сла­

бого класса;

при этом

некоторые параграфы книги («Семь кёнигсбергских мо­

стов», «Как

Эратосфен

измерил

землю», «Классические неразрешимые задачи

на построение» и др.),

рассчитанные лишь на более сильных учеников, кото­

605


рые прочтут их самостоятельно, опущены в обоих вариантах планов. (Вопросу

об использовании книги в сильном классе, где ее можно изучить с заметно

большей полнотой, чем в других случаях, посвящен отдельный параграф «Руко­ водства».) Наряду с этим в «Руководство для учителя» включен распространен­

ный комментарий

ко всем параграфам учебника (из

них заимствованы Допол­

нения к

русскому

переводу книги, стр. 585— 592),

полный список аксиом и

теорем,

отсутствующий в основном издании, а также обстоятельный список ли­

тературы, разбитый на две самостоятельные части; «Литература только для

учителей» и «Литература для учащихся и для учителей».

Переходя к

содержанию настоящей книги, нельзя не отметить необычную

для привычных

нам школьных учебников полноту дедукции и тщательность

в деталях, быть

может даже кое-где и излишних — так, например, вряд ли ма­

тематическая зрелость американских школьников такова, что у них возникает

потребность в доказательстве теорем вроде

следующих;

«каж ды й

от резок

имеет

середину

и притом

т олько

одну»

или

«каж ды й угол имеет

биссект ­

рису

и прит ом

т олько од н у » 1. Впрочем,

надо заметить,

-что

уровень стро­

гости

в последних главах

книги

заметно

снижается — чтобы

убедиться в

этом, достаточно сравнить, скажем, разделы, посвященные теории площадей

плоских

фигур и теории объемов пространственных тел. Последнее ча­

стично

связано с тем, что в соответствии с традициями американской

школы

стереометрический материал отобран здесь крайне экономно

(так,

например, даже занимающая

в нашей системе изложения стереометрии

чуть

ли не центральное место «теорема о трех перпендикулярах» фигурирует

в на­

стоящем

учебнике лишь в роли

рядовой задачи — см. задачу 13 на стр.

250),

всоответствии с чём при переходе к стереометрическим главам несколько

меняется и сам стиль книги. Планиметрический же материал по объему близок

к излагаемому в нашей школе; в частности, он содержит и фигурирующие

в большинстве наших учебников теоремы о степени точки относительно окруж ­

ности (теоремы 14.21— 14.23), уместность включения которых в школьный курс

геометрии в последние годы неоднократно оспаривалась. При этом в ряде слу­

чаев авторы излагают стереометрический и планиметрический материал слитно

(см., например, гл. 3, 8 или 10), что иногда дает заметный выигрыш вре­

мени по сравнению с традиционной (раздельной) системой изложения. Укажем

еще, что в книгу включен также некоторый минимальный материал по анали­

тической геометрии на плоскости, а в задачах возникают также основные пред­

ставления аналитической геометрии в пространстве; однако — и это очень харак­

терно для американской школы! — в учебнике отсутствует само понятие век­

тора и полностью игнорируются все геометрические преобразования, в том

числе даже такие простые, как осевая или центральная симметрия (в этом

1 Ср., например, со сказанным на стр. 321— 322 интересной книги Дж_. Пойа «Математическое открытие» (М ., «Наука», 1970), в значительной части посвящен­ ной обсуждению методических вопросов. [Заметим, впрочем, что и в ряде наших

учебников

геометрии — как

 

старых,

так и более свежих (см.,

например, [44],

[40]) — можно было встретить

теорему «ß данной точке к данной

прямой м ож но

восставить

перпендикуляр

и

притом

т олько один», представляющую собой

частный

случай второй из

названных теорем (к нему мы приходим, предполо­

жив, что

рассматриваемый

угол — развернутый)].

 

6 0 6


последнем пункте школьные традиции США резко противоречат тем, какие существуют в педагогической практике, скажем, Франции или Германии).

Хорошей школой дедукции могут служить широко практикуемые авто­ рами «доказательства теорем в два столбца»; при этом частый пропуск моти­ вировок в правом столбце, заполнение пробелов в котором предоставляется учащимся, кажется нам заслуживающим серьезного внимания методическим приемом. Весьма продумана система обозначений, позволяющая, например, раз­

личать прямую A B ,

луч A B , отрезок A B и расстояние A B , в нашей

учебной

литературе всегда обозначаемые

о д н и м

и

т е м ж е с и м в о л о м

именно,

A B ). Целесообразной

является

и новая

для

нашей школы разметка

чертежей,

облегчающая наглядное .восприятие доказательства. Учитель найдет в этой книге и много других удачных методических находок, некоторые из которых вполне заслуживают того, чтобы быть использованными и в- нашей школе.

5.«Векторное» обоснование геометрии. Наш обзор основных путей построе­

ния

школьного

курса

геометрии

будет не полон, если

наряду с идущими от

Д .

Гильберта,

М. Пиери

и В . Ф . Кагана построениями

мы

не

упомянем еще

одну резко “отличную

от

них систему изложения, которая

в

последние годы

приобрела большую популярность.

 

 

 

 

 

Известно, что (общая)

теория

относительности возникла

в 1916 Т .— в этом

году вышел в свет основополагающий мемуар Альберта Эйнштейна «Основы общей

теории

относительности» К содержащий

развернутое изложение его

 

идей. Пер­

вый же

в

мире учебный курс теории относительности был прочитан

в 1917 г.

коллегой

А. Эйнштейна по работе в

Цюрихском

Политехническом

Институте

Германом

Вейлем — бесспорно,

одним

из самых

выдающихся

математиков

нашего

века. В 1918 г. курс Г.

Вейля был издан отдельной книгой,

получившей

название «Пространство, время, материя» [ЗЗ]12. Здесь неуместно подробно говорить

о содержании обширной книги [33];

мы скажем

лишь о том, как она

начи­

нается.

Г.

Вейль

начинает

с анализа понятия (евклидова) пространства-, при

этом

на

первых страницах

своей книги он излагает аксиоматику геометрии,

коренным

образом

отличную

от системы Гильберта и всех

близких

к

ней

по времени

построений. А именно, Г. Вейль кладет в основу

понятие

вект ор­

ного

прост ранст ва,

т. е. множества

элементов,

называемых

векторами,

для

которых определены операции сложение и умножения на (вещественное) число-

Лишь

после этого

появляется понятие т о ч к и ,

связанное

с понятием вектора

тем,

что

каж ды м

двум

точкам

А

и В отвечает единст венный вектор

А В = а

(вектор с

началом А и концом В ; рис. 5, а), причем это сопоставление

векто­

ров и точек удовлетворяет двум аксиомам: для

к а ж до го вект ора

а и т очки А

.сущ ест вует

единст венная

т очка В ,

т акая , что А В = а ,

и для

к аж ды х т рех

точек

А,

В

а

С

имеет

место

равенство

A B -{-В С — АС

(рис. 5,

б). Наконец,

чтобы

обратить

полученное таким

путем аффинное пространство (или аффин­

ную плоскость;

различие

между этими двумя

геометрическими образами Опре­

деляется

двумя

разными

формами «аксиомы

размерности»)

в евклидово

прост -

1 Он

неоднократно

издавался и

на русском языке (см.,

например, А. Э й н-

ш т е й н ,

Собрание

научных трудов,

т. I,

М ., «Наука», 1965, стр. 452— 504).

2 Характерным

для

книги

[33]

чисто

математическим

построениям

посвя­

щена

также

вышедшая

в свет в 1923 г. книга

Вейля «Математический

анализ

проблемы

пространства»

[34].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

607


ранст во {евклидову

плоскость) остается только

ввести скалярное

произведение

векторов — новую

операцию,

сопоставляющую

каждым двум

векторам

а

и b

некоторое

число (его

обозначают символом a b )

и подчиняющуюся

простым

аксиомам скалярного произведения (утверждающим, например,

что

a b =

b a

для всех векторов

а , b

или

что а { Ь -\-c) = a b +

а с

для всех

а , b

и с).

 

 

 

 

 

 

В

 

в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5

 

 

 

 

 

 

 

Большое значение,

которое

имеет понятие

векторного пространства

в

со­

временной

чистой

и прикладной

математике, определило возрастающий

интерес

к предложенной Г. Вейлем системе обоснования евклидовой геометрии (эта

система изложена, например, в статьях [35] и [77], а также во всех без исклю­ чения учебниках линейной алгебры); эти же обстоятельства породили и пред­ ложения о применении этой схемы в школьном преподавании. Одним из пер­

вых сторонников использования этого пути обоснования геометрии в курсе

средней школы явился известный французский математик и педагог Г. Шоке,

книга [47] которого непосредственно связана с-идеями Г. Вейля, открываю­ щими, по выражению автора, «царский путь в геометрию» !; усилия Г. Шоке

направлены

на

то,

чтобы

как-то адаптировать схему Вейля,

сделав

ее

более

приемлемой

для

ш кольных' учителей.

Однако

и

этот путь

отвергает

один

из авторитетнейших французских математиков Ж ан

Дьедонне:

в своей

темпера­

ментно написанной

книге

«Линейная алгебра

и элементарная

геометрия» [36]

он объявляет попытку Г. Шоке вредной, призывая не «спускать»

аксиоматику

Вейля до уровня математической культуры учителей средних

школ,

а

напро­

тив, поднимать уровень учительства

до

понимания

векторной

системы

обосно­

вания геометрии. Вся книга [36]

целиком посвящена пропаганде

следующей

методической

идеи:

элем ент арная

(т. е. школьная) геомет рия — это

и

есть

линейная ал гебр а; никакой другой геометрии в старших классах средней школы быть не должно.

Книги Г. Шоке и

Ж . Дьедонне

были

рассчитаны

на

учителя средней

школы;

однако сегодня

имеются

и изложения геометрии

в

духе Вейля — Д ье­

донне, рассчитанные на

 

учащихся. Так, например,

горячим

сторонником «век­

торного пути» построения школьного курса геометрии является

известный бель­

гийский

математик и

педагог

Жорж

Папи

(см.

его доклад

[72]). С 1963 г.1

1 Это выражение

связано

с

известным

историческим

 

анекдотом: говорят,

что, когда властитель Египта Птолемей обратился к Евклиду с просьбой обу­

чить его

геометрии

самым быстрым

способом, поскольку

царские обязанности

не оставляли ему

много времени,

Евклид Ответил на

это: «в геометрию нет

царского

пути».

 

 

 

608