|切与割有什么区别?到底什么是切线?切点真的是一个点吗?( 三 )


1828年之后 , 词典里对切线的给出的定义是:
切线指的是一条刚好触碰到曲线上某一点的直线 。
实际上 , “切线”一词的英文——“tangent” , 源自拉丁语“to touch” , 表示接触的意思 。 窃以为 , 这种接触就是点到为止 , 不过分依靠和攀附 。
据此描述 , 对于将切线演示出来这件事 , 具有良好的可操作性:当你拿着一根不太长的直线靠近曲线上的某个确定点时 , 只要让你手里的直线与曲线刚好接触 , 你手里的直线就是那条要找的切线 。
若你将一根刚性直杆搭在一个圆球上 , 只要你避免杆的两端与球面直接接触 , 可以肯定 , 杆必定与球保持相切 。
如下图 , 假设地面光滑 , 左边的球与墙壁接触但无压力 , 因此球没有发生形变 , 所以墙面和球面刚好接触 , 二者相切 。 而右边的球因为受到细线的斜拉力 , 必定受到墙面的支持力 , 球面发生形变 , 它与墙之间并非点到为止 , 因此墙面不是球面的切面 。

|切与割有什么区别?到底什么是切线?切点真的是一个点吗?
本文图片

虽然这种切线定义是正确的 , 并且实际操作性强 。 但这句话有点模糊 , “刚好触碰”什么意思?感觉正经的数学定义不会这么说 , 的确不太好理解 , 所以这个定义的接受度不是很高 。
为了解决广大群众对数学知识的向往与有限的理解力之间的矛盾 , 人们需要一种更浅显的说法 。 比如:有几个交点就算切线?于是 , “只交于一点”这么一个最直观 , 但却很容易找到反例的错误说法依然占有较大的市场 。
难道在漫长的人类文明史中 , 切线的定义就只是这个?
非也!太小看历史上的那些聪明的数学家了!其实早在古希腊时代 , 人们就给出了准确的定义 , 后来人们又对切线给出多种定义 。 但遗憾的是 , 或许是因为数学和几何上的严格定义往往是比较抽象的 , 这些正确定义并未被大众所熟知 。
那么 , 到底有哪些大牛曾经提出过正确的切线的定义呢?其实 , 古希腊的数学家欧几里德和阿基米德、比牛顿稍早的法国数学家费马以及牛顿本人等 , 都对切线做过研究 。 本文无意去地毯式探求切线定义的发展历史 , 只列举一下最为重要的两个定义 。
第一个定义来自古希腊三大数学家之一的阿波罗尼奥斯(Apollonius of Perga , 约公元前262~190) 。

|切与割有什么区别?到底什么是切线?切点真的是一个点吗?
本文图片

在数学中 , 喇叭角 , 也称为horn angle , 是一种曲线角 , 定义为两条相切的曲线之间形成的角 。 下面这只牛角表面沿纵向正对的两条曲线近似牛角尖处相切 , 因此就形成一个喇叭角 。 当然 , 你可能会钻牛角尖 , 因为牛角是个立体角 。

推荐阅读