中国古代数学对世界的影响
中国有悠久而光辉的历史,在科学领域曾创造过高度文明,对人类作出过巨大贡献,许多发明对于世界历史都产生过深远影响。数学作为自然科学的基础是人们理解自然的有力武器,数学的发展对科技进步具有巨大推动作用。我国数学是自己创造独立发展的,在世界数学史上有独特的成就和贡献
一、十进位制记数法和二进制记数法
马克思称十进制记数法是“最妙的发明之一”。中国是最早的采用十进制记数法的国家。早在殷代之前,我国就开始用十进制进行记数。据考证,大约在十八世纪至五世纪,我国已经开始用“算筹”开始记数。算筹不仅采用十进制,而且严格按位置分别表示不同单位,魏晋数学家刘徽在公元260年左右还创造了十进小数。他说“……凡开积为方,……求其微数,微数无名者,以其为分子,其一退以十为(分)母,其再退以百为母,退之弥下,其分弥细……。”
我国常见的“八卦图”是世界上最早的一种二进制记数法,八卦组合与今天电子计算机所采用的二进制意义完全相同。
二、分数
我国的古代数学很早便应用了分数。早在殷代,我们的祖先就已经知道一年的日数是365 1/4天。《左传》
中讲到国王给诸侯封地的规定时说:“大不过三国之一,中五之一,小九之一。”《淮南子·天文训》即载:“一月二十九日九百四十分之四百九十九。”从中可以看
出,当时我国已经运用带分数除法。
《周髀算经》之中使用了相当复杂的分数算法。在《九章算术》的“方田”章中也详细介绍了分数的四则算法。数学家刘徽对分数的基本性质从理论上做了明确阐述。他指出,分子、分母同乘或除以一个数时其值不变;他还发现了分数通分和分数除法的简便规律。
三、最古老的几何学《墨经》
在西方数学史中,一直把欧几里得的《几何原本》誉为世界上最古老而系统的几何学。的确,《几何原本》是历史上发行最广泛的几何教科书,但实际世界上最古老而系统的几何学仍出自中国。
在欧几里得之前1个多世纪,我国战国时期著名学者墨家创始人墨翟及其学生的著作《墨子》之中,即包含几何学系统理论。《墨子》共71篇,现存53篇,《墨经》是其中的重要部分,内容包括《经上》、《经下》、《经说上》、《经说下》、《大取》、《小取》6篇。《经上》、《经下》两篇记录了一系列几何学定义、原则和定理,《经说上》、《经说下》则给这些定义、定理做了解释和补充。如果与欧几里德的《几何原本》作对照,凡是《几何原本》上说到的,《墨经》几乎都涉及到了,而且其定义的确切、立论的精辟均不亚于《几何原本》。
四、勾股定理及其运用
勾股定理是平面几何中一个十分重要的定理。究竟是谁最早发现这个定理的呢?事实上,我国是最早了解和应用勾股定理的国家之一。据史料记载,早在公元前22世纪末夏禹治水时已经用到了勾股
术,可以说夏禹是世界上有历史记载的第一个与勾股定理有关的人。
《周髀算经》开宗明义第一章就记载着公元前十一世纪西周时周公与商高的对话,最早提出了勾股形问题。商高说:“以故折矩以为句广三、股脩四、经隅五。”即是说,如果直角三角形两直角边的长是3和4的话,那么它的斜边必定是5。这即是我们通常所说的“勾三股四弦五”关系。因此,有人也把勾股定理叫做“商高定理”。我们的祖先很早就知道利用相似直角三角形的性质进行测量。商高说:“偃矩以望高,覆矩以测深,卧矩以知远。”实际上指的就是勾股定理的应用。
《周髀算经》还记载了公元前六七世纪荣方和陈子的对话。在这些对话中既包括了测量太阳高度的方法。用现代汉语进行表述,这段话是这样说的——夏至时, 测量者在北方立一8尺高的标杆,其日影长度正好是6尺。标杆每向南移动1000里,杆的自影就减少1寸,即是说日影每减少1寸就表示杆子向南移动了1000里。他们设想,当日影减少6尺,标杆就向南移动了60×1000=6000(里),这时标杆即在太阳正下方。有相似原理可知,若勾为6万里、股为8万里,则测量者与太阳的距离即为10万里。尽管从物理学角度看是不对的、与实际不符,但从计算角度看其方法是正确的。
《周髀算经》对勾股定理并没有加以证明。到公元3世纪,三国时代吴国人赵爽才对勾股定理做了严格而巧妙的证明,即《勾股圆方程》。在现行初中数学课本中,勾股定理就是采用赵爽的这种方法证明的。
五、盈不足术
盈不足术,是我国古代劳动人民创造的解决数学盈亏类问题的一种杰出算法。这种算法也叫做“试位法”或“假设法”,其主要形式是给出两次假设。《九章算术》中专辟“盈不足”一章,共有20个问题。其第一个问题就是:“今有人共买物,人出八,盈三;人出七,不足四。问人数物价各几何?”根据题术,书中还给出了用数学符号表示的一般公式:若每人出a1,盈(或不足)b1,每人出a2,盈(或不足)b2(其中,盈时,b1,b2>0,不足时,b1,b2<0)。设每人应出钱x,人数m,物价为n,则有:x=a2b1+a1b2/b1-b2,m=b1+b2/a1-a2,n=a2b1+a1b2/a1-a2。
六、比例
由于物品交换需要,我国古代劳动人民创造了各种比例算法。《九章算术》中就有系统的比例记载,包括正比例、反比例、连比和比例分配。刘徽把不同类型的比例问题一律称为“今有术”,把比例中的四项分别称为“所有率”、“所有数”、“所求率”和“所求数”,并有以下关系——所有率:所有数=所求率:所求数,故有,所求数=所有数X所求率/所有率。在比例计算中,刘徽特别强调同类项使用相同的单位,
并明确了比例的一些性质.
七、负数和正负术
我国是最早承认并运用负数的国家,《九章算术》中即记录了正、负数的相反意义,并给出了正负数的加、减法则,“即同命相出,异名相宜,正无入负之,负无入正之”.东汉天文学家刘宏编制《乾象历》
数学二进制的算法时,将正负数计为强正和弱负.刘徽还对正负数给出了比较明确的定义——“今两算得失相反,要令正、负以明之”.他用红算筹表示正数,用黑算筹表示负数.
八、方程和方程术
方程,可以说是我国一个很古老的名词,最早即见于《九章算术》。不过,《九章算术》中的“方程”同现代数学中的方程并不是一个意思,那时说的方程是指包含多个未知量的联立一次方程组,即“线性方程组”。《九章算术·方程章》专门讲述多元一次方程组的解法,这是世界上最早的。“方程”章中共有16个联立一次方程组问题,其中二元的6题,三元的6题,四元的和五元的各2题。它用算筹表示算式的各项系数,实际上它是世界上最早的“奋力系数法”例子。《九章算术》还给出了解联立一次方程组的普遍方法即“方程术”,又叫做“直除术”。它同现代数学中通用的加减消元法在理论上和步骤上都是一致的。
九、不定方程
提到方程,一般都是讲未知数的个数与方程的个数相等的情况,而为数的个数多于方程的个数这类方程的解是不定的,人们把它们叫做不定方程。《九章算术·方程章》中列举的“五家共井”问题就是典型的一例。原书给出了一组答案,这是世界上最早的不定方程组的解。在以后约公元5世纪成书的《张丘建算经》中的“百鸡”问题,不仅给出了不定方程解法,而且答案极其完善,在世界数学史上影响深远。
十、中国剩余定理
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