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中國數(shù)學發(fā)展簡史

日期:2017-10-17 14:45作者:佚名文章來源:算法與數(shù)學之美點擊數(shù):8138次

(一)中國古代數(shù)學的萌芽 原始公社末期,私有制和貨物交換產(chǎn)生以后,數(shù)與形的概念有了進一步的發(fā)展,考古發(fā)現(xiàn),仰韶文化時期出土的陶器,上面就已刻有表示數(shù)字的符號。到原始公社末期,就已開始用文字符號取代結(jié)繩記事了。

(二)春秋戰(zhàn)國之際,籌算得到普遍的應(yīng)用?;I算記數(shù)法已使用十進位值制,這種記數(shù)法對世界數(shù)學的發(fā)展是有劃時代意義的。

戰(zhàn)國時期的百家爭鳴也促進了數(shù)學的發(fā)展,一些學派還總結(jié)和概括出與數(shù)學有關(guān)的許多抽象概念?!肚f子》記載了惠施等人的名家學說和桓團、公孫龍等辯者提出的論題,強調(diào)抽象的數(shù)學思想,例如“至大無外謂之大一,至小無內(nèi)謂之小一”、“一尺之棰,日取其半,萬世不竭”(是我國古書中最早體現(xiàn)微積分思想的一段)等。這些許多幾何概念的定義、極限思想和其它數(shù)學命題是相當可貴的數(shù)學思想,但這種重視抽象性和邏輯嚴密性的新思想未能得到很好的繼承和發(fā)展。

秦漢是封建社會的上升時期,經(jīng)濟和文化均得到迅速發(fā)展。中國古代數(shù)學體系正是形成于這個時期,它的主要標志是算術(shù)成為一個專門的學科以及《九章算術(shù)》為代表的數(shù)學著作的出現(xiàn)。

《九章算術(shù)》是戰(zhàn)國、秦、漢封建社會創(chuàng)立并鞏固時期數(shù)學發(fā)展的總結(jié),就其數(shù)學成就來說,堪稱是世界數(shù)學名著。例如分數(shù)四則運算,今有術(shù)(西方稱三率法),開平方與開立方(包括二次方程數(shù)值解法),盈不足術(shù)(西方稱雙設(shè)法),各種面積和體積公式,線性方程組解法,正負數(shù)運算的加減法則,勾股形解法(特別是勾股定理和求勾股數(shù)的方法)等,水平都是很高的,其中方程組解法和正負數(shù)加減法則在世界數(shù)學發(fā)展上是遙遙領(lǐng)先的。就其特點來說,它形成了一個以籌算為中心、與古希臘數(shù)學完全不同的獨立體系。

(三)中國古代數(shù)學體系的發(fā)展

魏、晉時期出現(xiàn)的玄學有利于數(shù)學從理論上加以提高。吳國趙爽注《周髀算經(jīng)》,漢末魏初徐岳撰《九章算術(shù)》注 2卷(已失傳),魏末晉初劉徽撰《九章算術(shù)》注10卷(263)、《九章重差圖》1卷(已失傳)都是出現(xiàn)在這個時期,趙爽與劉徽的工作為中國古代數(shù)學體系奠定了理論基礎(chǔ)。

南北朝數(shù)學的發(fā)展東晉以后,中國長期處于戰(zhàn)爭和南北分裂的狀態(tài)。在北方,由于當時社會的需要,在《九章算術(shù)》的基礎(chǔ)上,數(shù)學仍在繼續(xù)發(fā)展。

唐中期以后,商業(yè)繁榮,數(shù)字計算增多,迫切要求簡化計算方法,從《新唐書》等文獻

留下來的算書書目,可以看出這次算法改革主要是簡化乘、除算法,唐代的算法改革使乘除法可以在一個橫列中進行運算,它既適用于籌算,也適用于珠算。

(四)中國古代數(shù)學的繁榮

960年,北宋王朝的建立結(jié)束了五代十國割據(jù)的局面。北宋的農(nóng)業(yè)、手工業(yè)、商業(yè)空前繁榮,科學技術(shù)突飛猛進,數(shù)學也迎來了大繁榮。

比較有代表性的是隙積術(shù)。朱世杰解決了更大量的更高階的等差級數(shù)求和問題。

(五)中、西方數(shù)學的融合明代進入了封建社會的晚期,封建統(tǒng)治者實行極權(quán)統(tǒng)治,施行八股考試制度,數(shù)學發(fā)展逐漸衰落。鴉片戰(zhàn)爭后,西方初等數(shù)學陸續(xù)傳入中國,中國人學習西方數(shù)學,使中國數(shù)學研究出現(xiàn)一個中西融合貫通的局面。早期傳入的西方數(shù)學中影響最大的是《幾何原本》?!稁缀卧尽肥乾F(xiàn)傳的中國第一部數(shù)學翻譯著作。絕大部分數(shù)學名詞都是首創(chuàng),其中許多至今仍在沿用。近代中國也出現(xiàn)了許多著名數(shù)學家,如熊慶來、蘇步青、江澤涵、華羅庚、吳文俊、陳景潤。

------------以下簡述《九章算術(shù)》------------

《九章算術(shù)》的內(nèi)容十分豐富,全書采用問題集的形式,收有246個與生產(chǎn)、生活實踐有聯(lián)系的應(yīng)用問題,其中每道題有問(題目)、答(答案)、術(shù)(解題的步驟,但沒有證明),有的是一題一術(shù),有的是多題一術(shù)或一題多術(shù)。這些問題依照性質(zhì)和解法分別隸屬于方田、粟米、衰(音cui)分、少廣、商功、均輸、盈不足、方程及勾股。共九章如下所示。原作有插圖,今傳本已只剩下正文了。

《九章算術(shù)》共收有246個數(shù)學問題,分為九章。它們的主要內(nèi)容分別是:

 

第一章“方田”: 主要講述了平面幾何圖形面積的計算方法。包括長方形、等腰三角形、直角梯形、等腰梯形、圓形、扇形、弓形、圓環(huán)這八種圖形面積的計算方法。另外還系統(tǒng)地講述了分數(shù)的四則運算法則,以及求分子分母最大公約數(shù)等方法。

第二章“粟米”:谷物糧食的按比例折換;提出比例算法,稱為今有術(shù);衰分章提出比例分配法則,稱為衰分術(shù);

第三章“衰分”:比例分配問題。

第四章“少廣”:已知面積、體積,反求其一邊長和徑長等;介紹了開平方、開立方的方法。

第五章“商功”:土石工程、體積計算;除給出了各種立體體積公式外,還有工程分配方法;

第六章“均輸”:合理攤派賦稅;用衰分術(shù)解決賦役的合理負擔問題。今有術(shù)、衰分術(shù)及其應(yīng)用方法,構(gòu)成了包括今天正、反比例、比例分配、復(fù)比例、連鎖比例在內(nèi)的整套比例理論。西方直到15世紀末以后才形成類似的全套方法。

第七章“盈不足”:即雙設(shè)法問題;提出了盈不足、盈適足和不足適足、兩盈和兩不足三種類型的盈虧問題,以及若干可以通過兩次假設(shè)化為盈不足問題的一般問題的解法。這也是處于世界領(lǐng)先地位的成果,傳到西方后,影響極大。

第八章“方程”:一次方程組問題;采用分離系數(shù)的方法表示線性方程組,勾股定理求解

相當于現(xiàn)在的矩陣;解線性方程組時使用的直除法,與矩陣的初等變換一致。這是世界上最早的完整的線性方程組的解法。在西方,直到17世紀才由萊布尼茲提出完整的線性方程的解法法則。這一章還引進和使用了負數(shù),并提出了正負術(shù)——正負數(shù)的加減法則,與現(xiàn)今代數(shù)中法則完全相同;解線性方程組時實際還施行了正負數(shù)的乘除法。這是世界數(shù)學史上一項重大的成就,第一次突破了正數(shù)的范圍,擴展了數(shù)系。外國則到7世紀印度的婆羅摩及多才認識負數(shù)。

第九章“勾股”:利用勾股定理求解的各種問題。其中的絕大多數(shù)內(nèi)容是與當時的社會生活密切相關(guān)的。提出了勾股數(shù)問題的通解公式:若a、b、c分別是勾股形的勾、股、弦,則,m>n。在西方,畢達哥拉斯、歐幾里得等僅得到了這個公式的幾種特殊情況,直到3世紀的丟番圖才取得相近的結(jié)果,這已比《九章算術(shù)》晚約3個世紀了。勾股章還有些內(nèi)容,在西方卻還是近代的事。例如勾股章最后一題給出的一組公式,在國外到19世紀末才由美國的數(shù)論學家迪克森得出。

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