Ⅰ 數學起源於哪裡
Ⅱ 數的發展歷程 數學的發展史
分數分別產生於測量及計算過程中。在測量過程中,它是整體或一個單位的一部份;而在計算過程中,當兩個數(整數)相除而除不盡的時候,便得到分數。
一般可分為五期:
上古期:(2700B.C.~200B.C.)對數學有所創見的有伏羲氏、黃帝、隸首、綞等人。其成就歸納如下:
1. 結繩:最古的記數方法,傳為伏羲所創。
2. 書器:一種最古的記數工具,傳為隸首所創。
3. 河圖,洛書:相傳分別為伏羲、夏禹所作,是為最初的魔方陣。
4. 八卦:傳為周公所創,是最初的二進製法。
5. 規矩:傳為伏羲或綞所創,用以作方圓,測量田地與勘測水道。
6. 幾何圖案:在金石陶器、石器時代的陶片、周秦時代的彝器已有簡單 的幾何圖形出現,其種類不下數十種。
7. 九九:即個位數乘法表,傳為伏羲所創。古代數學家以九九之術作為初等數學的代表。
8. 技術方法:當時是以累積之方法記數,已有百……億,兆等大數產生,都是以十進制的;也已有分數的產生。當時盛行的籌算,演變為後來的珠算術。
9. 算學教育:周朝時,把算數列為六藝之一,再小學時就受以珠算。
初等數學在此時期已有相當基礎,算數與幾何由於人類實際生活的需要已初步形成,但並無形成一定邏輯關聯的系統。
中古期:(200B.C.~600A.D.由漢至隋)中國數學家對於算學已有可考據的著作。
1. 而對圓周率寄算最有成就者為祖沖之。所得結果比之西方早一千多年。
2. 算經十書的編篡:
算經十書為:周髀,九章算術,孫子算經,張丘健算經,夏侯陽算經,五曹算經,海島算經,五經算術,輯古算經及綴術,後因綴術亡失,而已數術記遺代之;其中輯古算經在唐朝才完成。此時期的數學成就,可以從這十本算經中之其概略。數學成就可歸納為以下各點:
(1)分數論的應用
(2)整數勾股形的計算
(3) 平方零約數:已建立開方的方法有兩種
(4)方程論:已有聯立一次方程的解法。九章算數方程章為世界最早包含不只一個未知 數的算 式和聯立方程組概念,並產生了正負數的概念。
(5)平面立體形的計算:一切直線圖的面積和體積公式皆正確;圓面積、球體積為近似公式
(6)級數論上的成就:已有等差、等比問題產生。
(7)數論上的成就:孫子算經上的「物不知數」是一次同餘式問題,由此以後所推廣的中國剩餘定理比西洋早了一千多年。
(8)數學教育制度的建立
近古期:(600A.D.~1367A.D.由唐到宋元)
分為前後兩期,各以唐及宋元為代表。可以說是中國數學史的黃金時代;數學教育制度更臻完善,民間研究數學的風氣很盛。數學成就歸納如下:
(1) 代數學上的成就:中國古代數學家很早就知道利用代數方法解決實際問題;這時期天元術的產生促使代數學向前發展,使其成為更完整的數學體系。其它數學也獲得更進一步的發展。數學家們掌握天元術之後,很快地把它應用到多元高次方程組而產生所謂的四元術;並利用天元術開方。開方數也推廣到多乘方,比西洋數學家的發現早約五百年。求數學高次方程的正根方法也已建立起理論根據。
(2) 幾何學與三角學的成就:割圓術得到進一步的推廣,除了平面割圓術外,球面割圓術也已產生,球面三角由此而初步建立起來。
(3) 數論上的成就:一次同餘的理論基礎擴大了應用范圍,有八次聯立一次同餘式的問題出現,在整數論上是一個偉大的成就。所用解一次同餘式的方法為有名的輾轉相除法,即西方數學家所謂歐幾里得演算法。
(4) 級數論上的成就:級數論在世界數學史上有著悠久的歷史,中算家所論述的在此中佔有一定位子。由高階等差級數研究中發明了招差數、垛積數。
(5) 縱橫圖說的研究:一些有名的縱橫圖(所謂方陣圖)已經產生。
由以上所述,可以看出,有系統的代數學已建立起來,更多的數學方法與數學概念也得到更進一步的推廣與發展。
婆羅門、天竺數學輸入中國,但中國的數學並沒有受到影響;同時中國的數學也輸入了百濟和日本。
近世紀:(1367A.D.~1750A.D.明初到清初)
為中國算學衰落時期,統治者對數學教育不注重,民間研習數學風氣不盛。
回回歷法在元末明初輸入中國,至明末,應用回回歷法已近尾聲。自利瑪竇至中國之後,西洋歷法、西洋數學也隨之輸入中國。當時還有人研究中算,但由於中算不如西算的簡明有系統,故中國古算陷入停頓狀態而得不到新的發展。
西洋數學輸入的有筆算、籌算、代數學、對數術、幾何學、平面及球面三角術、三角函數表、比例對數表、割圓術及圓錐曲線說。
著名的天元術停滯不前,珠算隨著實際生活的需要而產生,很多有關珠算實用算數書陸續出版;珠算術的發明是中算的革命、我國的偉大成就。
清初的一些大數學家都致力於西洋數學的研究,編寫了數學各科的入門書籍。中國數學輸入朝鮮及把元明數學輸入日本。
最近世期:(1750A.D.~1910A.D.清乾隆三十七到清末)
西算輸入告一段落。這時學術潮流偏向古典考證一路發展,數學研究也轉到古代數學方面去,對算經十書與宋元算書加以傳刻與研討到達最高峰。當時數學家很多都能兼通中西數學,在高等數學方面獲得相當的成就。
對圓周率解析法作深入的探討,級數論、方程論及數論得到進一步的研究,理論更臻完善。對中算史加以研究與著成專書。數學教育制度重新建立起來。此期末,西方數學第二次輸入中國,以補中算的不足,中國數學在此又進入另一階段。
Ⅲ 數學發展史"簡介"
數學是中國古代科學中一門重要的學科,根據中國古代數學發展的特點,可以分為五個時期:萌芽;體系的形成;發展;繁榮和中西方數學的融合。 中國古代數學的萌芽 原始公社末期,私有制和貨物交換產生以後,數與形的概念有了進一步的發展,仰韶文化時期出土的陶器,上面已刻有表示1234的符號。到原始公社末期,已開始用文字元號取代結繩記事了。 西安半坡出土的陶器有用1~8個圓點組成的等邊三角形和分正方形為100個小正方形圖案,半坡遺址的房屋基址都是圓形和方形。為了畫圓作方,確定平直,人們還創造了規、矩、准、繩等作圖與測量工具。據《史記·夏本紀》記載,夏禹治水時已使用了這些工具。 商代中期,在甲骨文中已產生一套十進制數字和記數法,其中最大的數字為三萬;與此同時,殷人用十個天乾和十二個地支組成甲子、乙丑、丙寅、丁卯等60個名稱來記60天的日期;在周代,又把以前用陰、陽符號構成的八卦表示八種事物發展為六十四卦,表示64種事物。 公元前一世紀的《周髀算經》提到西周初期用矩測量高、深、廣、遠的方法,並舉出勾股形的勾三、股四、弦五以及環矩可以為圓等例子。《禮記·內則》篇提到西周貴族子弟從九歲開始便要學習數目和記數方法,他們要受禮、樂、射、馭、書、數的訓練,作為」六藝」之一的數已經開始成為專門的課程。 春秋戰國之際,籌算已得到普遍的應用,籌算記數法已使用十進位值制,這種記數法對世界數學的發展是有劃時代意義的。這個時期的測量數學在生產上有了廣泛應用,在數學上亦有相應的提高。 戰國時期的百家爭鳴也促進了數學的發展,尤其是對於正名和一些命題的爭論直接與數學有關。名家認為經過抽象以後的名詞概念與它們原來的實體不同,他們提出」矩不方,規不可以為圓」,把」大一」(無窮大)定義為」至大無外」,」小一」(無窮小)定義為」至小無內」。還提出了」一尺之棰,日取其半,萬世不竭」等命題。 而墨家則認為名來源於物,名可以從不同方面和不同深度反映物。墨家給出一些數學定義。例如圓、方、平、直、次(相切)、端(點)等等。 墨家不同意」一尺之棰」的命題,提出一個」非半」的命題來進行反駁:將一線段按一半一半地無限分割下去,就必將出現一個不能再分割的」非半」,這個」非半」就是點。 名家的命題論述了有限長度可分割成一個無窮序列,墨家的命題則指出了這種無限分割的變化和結果。名家和墨家的數學定義和數學命題的討論,對中國古代數學理論的發展是很有意義的。 中國古代數學體系的形成 秦漢是封建社會的上升時期,經濟和文化均得到迅速發展。中國古代數學體系正是形成於這個時期,它的主要標志是算術已成為一個專門的學科,以及以《九章算術》為代表的數學著作的出現。 《九章算術》是戰國、秦、漢封建社會創立並鞏固時期數學發展的總結,就其數學成就來說,堪稱是世界數學名著。例如分數四則運算、今有術(西方稱三率法)、開平方與開立方(包括二次方程數值解法)、盈不足術(西方稱雙設法)、各種面積和體積公式、線性方程組解法、正負數運算的加減法則、勾股形解法(特別是勾股定理和求勾股數的方法)等,水平都是很高的。其中方程組解法和正負數加減法則在世界數學發展上是遙遙領先的。就其特點來說,它形成了一個以籌算為中心、與古希臘數學完全不同的獨立體系。 《九章算術》有幾個顯著的特點:採用按類分章的數學問題集的形式;算式都是從籌算記數法發展起來的;以算術、代數為主,很少涉及圖形性質;重視應用,缺乏理論闡述等。 這些特點是同當時社會條件與學術思想密切相關的。秦漢時期,一切科學技術都要為當時確立和鞏固封建制度,以及發展社會生產服務,強調數學的應用性。最後成書於東漢初年的《九章算術》,排除了戰國時期在百家爭鳴中出現的名家和墨家重視名詞定義與邏輯的討論,偏重於與當時生產、生活密切相結合的數學問題及其解法,這與當時社會的發展情況是完全一致的。 《九章算術》在隋唐時期曾傳到朝鮮、日本,並成為這些國家當時的數學教科書。它的一些成就如十進位值制、今有術、盈不足術等還傳到印度和阿拉伯,並通過印度、阿拉伯傳到歐洲,促進了世界數學的發展。 中國古代數學的發展 魏、晉時期出現的玄學,不為漢儒經學束縛,思想比較活躍;它詰辯求勝,又能運用邏輯思維,分析義理,這些都有利於數學從理論上加以提高。吳國趙爽注《周髀算經》,漢末魏初徐岳撰《九章算術》注,魏末晉初劉徽撰《九章算術》注、《九章重差圖》都是出現在這個時期。趙爽與劉徽的工作為中國古代數學體系奠定了理論基礎。 趙爽是中國古代對數學定理和公式進行證明與推導的最早的數學家之一。他在《周髀算經》書中補充的」勾股圓方圖及注」和」日高圖及注」是十分重要的數學文獻。在」勾股圓方圖及注」中他提出用弦圖證明勾股定理和解勾股形的五個公式;在」日高圖及注」中,他用圖形面積證明漢代普遍應用的重差公式,趙爽的工作是帶有開創性的,在中國古代數學發展中佔有重要地位。 劉徽約與趙爽同時,他繼承和發展了戰國時期名家和墨家的思想,主張對一些數學名詞特別是重要的數學概念給以嚴格的定義,認為對數學知識必須進行」析理」,才能使數學著作簡明嚴密,利於讀者。他的《九章算術》注不僅是對《九章算術》的方法、公式和定理進行一般的解釋和推導,而且在論述的過程中有很大的發展。劉徽創造割圓術,利用極限的思想證明圓的面積公式,並首次用理論的方法算得圓周率為157/50和3927/1250。 劉徽用無窮分割的方法證明了直角方錐與直角四面體的體積比恆為2:1,解決了一般立體體積的關鍵問題。在證明方錐、圓柱、圓錐、圓台的體積時,劉徽為徹底解決球的體積提出了正確途徑。 東晉以後,中國長期處於戰爭和南北分裂的狀態。祖沖之父子的工作就是經濟文化南移以後,南方數學發展的具有代表性的工作,他們在劉徽注《九章算術》的基礎上,把傳統數學大大向前推進了一步。他們的數學工作主要有:計算出圓周率在3.1415926~3.1415927之間;提出祖(日恆)原理;提出二次與三次方程的解法等。 據推測,祖沖之在劉徽割圓術的基礎上,算出圓內接正6144邊形和正12288邊形的面積,從而得到了這個結果。他又用新的方法得到圓周率兩個分數值,即約率22/7和密率355/113。祖沖之這一工作,使中國在圓周率計算方面,比西方領先約一千年之久; 祖沖之之子祖(日恆)總結了劉徽的有關工作,提出」冪勢既同則積不容異」,即等高的兩立體,若其任意高處的水平截面積相等,則這兩立體體積相等,這就是著名的祖(日恆)公理。祖(日恆)應用這個公理,解決了劉徽尚未解決的球體積公式。 隋煬帝好大喜功,大興土木,客觀上促進了數學的發展。唐初王孝通的《緝古算經》,主要討論土木工程中計算土方、工程分工、驗收以及倉庫和地窖的計算問題,反映了這個時期數學的情況。王孝通在不用數學符號的情況下,立出數字三次方程,不僅解決了當時社會的需要,也為後來天元術的建立打下基礎。此外,對傳統的勾股形解法,王孝通也是用數字三次方程解決的。 唐初封建統治者繼承隋制,656年在國子監設立算學館,設有算學博士和助教,學生30人。由太史令李淳風等編纂注釋《算經十書》,作為算學館學生用的課本,明算科考試亦以這些算書為准。李淳風等編纂的《算經十書》,對保存數學經典著作、為數學研究提供文獻資料方面是很有意義的。他們給《周髀算經》、《九章算術》以及《海島算經》所作的註解,對讀者是有幫助的。隋唐時期,由於歷法的需要,天算學家創立了二次函數的內插法,豐富了中國古代數學的內容。 算籌是中國古代的主要計算工具,它具有簡單、形象、具體等優點,但也存在布籌佔用面積大,運籌速度加快時容易擺弄不正而造成錯誤等缺點,因此很早就開始進行改革。其中太乙算、兩儀算、三才算和珠算都是用珠的槽算盤,在技術上是重要的改革。尤其是」珠算」,它繼承了籌算五升十進與位值制的優點,又克服了籌算縱橫記數與置籌不便的缺點,優越性十分明顯。但由於當時乘除演算法仍然不能在一個橫列中進行。算珠還沒有穿檔,攜帶不方便,因此仍沒有普遍應用。 唐中期以後,商業繁榮,數字計算增多,迫切要求改革計算方法,從《新唐書》等文獻留下來的算書書目,可以看出這次演算法改革主要是簡化乘、除演算法,唐代的演算法改革使乘除法可以在一個橫列中進行運算,它既適用於籌算,也適用於珠算。 中國古代數學的繁榮 960年,北宋王朝的建立結束了五代十國割據的局面。北宋的農業、手工業、商業空前繁榮,科學技術突飛猛進,火葯、指南針、印刷術三大發明就是在這種經濟高漲的情況下得到廣泛應用。1084年秘書省第一次印刷出版了《算經十書》,1213年鮑擀之又進行翻刻。這些都為數學發展創造了良好的條件。 從11~14世紀約300年期間,出現了一批著名的數學家和數學著作,如賈憲的《黃帝九章演算法細草》,劉益的《議古根源》,秦九韶的《數書九章》,李冶的《測圓海鏡》和《益古演段》,楊輝的《詳解九章演算法》《日用演算法》和《楊輝演算法》,朱世傑的《算學啟蒙》《四元玉鑒》等,很多領域都達到古代數學的高峰,其中一些成就也是當時世界數學的高峰。 從開平方、開立方到四次以上的開方,在認識上是一個飛躍,實現這個飛躍的就是賈憲。楊輝在《九章演算法纂類》中載有賈憲」增乘開平方法」、」增乘開立方法」;在《詳解九章演算法》中載有賈憲的」開方作法本源」圖、」增乘方法求廉草」和用增乘開方法開四次方的例子。根據這些記錄可以確定賈憲已發現二項系數表,創造了增乘開方法。這兩項成就對整個宋元數學發生重大的影響,其中賈憲三角比西方的帕斯卡三角形早提出600多年。 把增乘開方法推廣到數字高次方程(包括系數為負的情形)解法的是劉益。《楊輝演算法》中」田畝比類乘除捷法」卷,介紹了原書中22個二次方程和1個四次方程,後者是用增乘開方法解三次以上的高次方程的最早例子。 秦九韶是高次方程解法的集大成者,他在《數書九章》中收集了21個用增乘開方法解高次方程(最高次數為10)的問題。為了適應增乘開方法的計算程序,奏九韶把常數項規定為負數,把高次方程解法分成各種類型。當方程的根為非整數時,秦九韶採取繼續求根的小數,或用減根變換方程各次冪的系數之和為分母,常數為分子來表示根的非整數部分,這是《九章算術》和劉徽注處理無理數方法的發展。在求根的第二位數時,秦九韶還提出以一次項系數除常數項為根的第二位數的試除法,這比西方最早的霍納方法早500多年。 元代天文學家王恂、郭守敬等在《授時歷》中解決了三次函數的內插值問題。秦九韶在」綴術推星」題、朱世傑在《四元玉鑒》」如象招數」題都提到內插法(他們稱為招差術),朱世傑得到一個四次函數的內插公式。 用天元(相當於x)作為未知數符號,立出高次方程,古代稱為天元術,這是中國數學史上首次引入符號,並用符號運算來解決建立高次方程的問題。現存最早的天元術著作是李冶的《測圓海鏡》。 從天元術推廣到二元、三元和四元的高次聯立方程組,是宋元數學家的又一項傑出的創造。留傳至今,並對這一傑出創造進行系統論述的是朱世傑的《四元玉鑒》。 朱世傑的四元高次聯立方程組表示法是在天元術的基礎上發展起來的,他把常數放在中央,四元的各次冪放在上、下、左、右四個方向上,其他各項放在四個象限中。朱世傑的最大貢獻是提出四元消元法,其方法是先擇一元為未知數,其他元組成的多項式作為這未知數的系數,列成若干個一元高次方程式,然後應用互乘相消法逐步消去這一未知數。重復這一步驟便可消去其他未知數,最後用增乘開方法求解。這是線性方法組解法的重大發展,比西方同類方法早400多年。 勾股形解法在宋元時期有新的發展,朱世傑在《算學啟蒙》卷下提出已知勾弦和、股弦和求解勾股形的方法,補充了《九章算術》的不足。李冶在《測圓海鏡》對勾股容圓問題進行了詳細的研究,得到九個容圓公式,大大豐富了中國古代幾何學的內容。 已知黃道與赤道的夾角和太陽從冬至點向春分點運行的黃經余弧,求赤經余弧和赤緯度數,是一個解球面直角三角形的問題,傳統歷法都是用內插法進行計算。元代王恂、郭守敬等則用傳統的勾股形解法、沈括用會圓術和天元術解決了這個問題。不過他們得到的是一個近似公式,結果不夠精確。但他們的整個推算步驟是正確無誤的,從數學意義上講,這個方法開辟了通往球面三角法的途徑。 中國古代計算技術改革的高潮也是出現在宋元時期。宋元明的歷史文獻中載有大量這個時期的實用算術書目,其數量遠比唐代為多,改革的主要內容仍是乘除法。與演算法改革的同時,穿珠算盤在北宋可能已出現。但如果把現代珠算看成是既有穿珠算盤,又有一套完善的演算法和口訣,那麼應該說它最後完成於元代。 宋元數學的繁榮,是社會經濟發展和科學技術發展的必然結果,是傳統數學發展的必然結果。此外,數學家們的科學思想與數學思想也是十分重要的。宋元數學家都在不同程度上反對理學家的象數神秘主義。秦九韶雖曾主張數學與道學同出一源,但他後來認識到,」通神明」的數學是不存在的,只有」經世務類萬物」的數學;莫若在《四元玉鑒》序文中提出的」用假象真,以虛問實」則代表了高度抽象思維的思想方法;楊輝對縱橫圖結構進行研究,揭示出洛書的本質,有力地批判了象數神秘主義。所有這些,無疑是促進數學發展的重要因素。 中西方數學的融合 中國從明代開始進入了封建社會的晚期,封建統治者實行極權統治,宣傳唯心主義哲學,施行八股考試制度。在這種情況下,除珠算外,數學發展逐漸衰落。 16世紀末以後,西方初等數學陸續傳入中國,使中國數學研究出現一個中西融合貫通的局面;鴉片戰爭以後,近代數學開始傳入中國,中國數學便轉入一個以學習西方數學為主的時期;到19世紀末20世紀初,近代數學研究才真正開始。 從明初到明中葉,商品經濟有所發展,和這種商業發展相適應的是珠算的普及。明初《魁本對相四言雜字》和《魯班木經》的出現,說明珠算已十分流行。前者是兒童看圖識字的課本,後者把算盤作為家庭必需用品列入一般的木器傢具手冊中。 隨著珠算的普及,珠算演算法和口訣也逐漸趨於完善。例如王文素和程大位增加並改善撞歸、起一口訣;徐心魯和程大位增添加、減口訣並在除法中廣泛應用歸除,從而實現了珠算四則運算的全部口訣化;朱載墒和程大位把籌算開平方和開立方的方法應用到珠算,程大位用珠算解數字二次、三次方程等等。程大位的著作在國內外流傳很廣,影響很大。 1582年,義大利傳教士利瑪竇到中國,1607年以後,他先後與徐光啟翻譯了《幾何原本》前六卷、《測量法義》一卷,與李之藻編譯《圜容較義》和《同文算指》。1629年,徐光啟被禮部任命督修歷法,在他主持下,編譯《崇禎歷書》137卷。《崇禎歷書》主要是介紹歐洲天文學家第谷的地心學說。作為這一學說的數學基礎,希臘的幾何學,歐洲玉山若乾的三角學,以及納皮爾算籌、伽利略比例規等計算工具也同時介紹進來。 在傳入的數學中,影響最大的是《幾何原本》。《幾何原本》是中國第一部數學翻譯著作,絕大部分數學名詞都是首創,其中許多至今仍在沿用。徐光啟認為對它」不必疑」、」不必改」,」舉世無一人不當學」。《幾何原本》是明清兩代數學家必讀的數學書,對他們的研究工作頗有影響。 其次應用最廣的是三角學,介紹西方三角學的著作有《大測》《割圓八線表》和《測量全義》。《大測》主要說明三角八線(正弦、餘弦、正切、餘切、正割、餘割、正矢、余矢)的性質,造表方法和用表方法。《測量全義》除增加一些《大測》所缺的平面三角外,比較重要的是積化和差公式和球面三角。所有這些,在當時歷法工作中都是隨譯隨用的。 1646年,波蘭傳教士穆尼閣來華,跟隨他學習西方科學的有薛鳳柞、方中通等。穆尼閣去世後,薛鳳柞據其所學,編成《歷學會通》,想把中法西法融會貫通起來。《歷學會通》中的數學內容主要有比例對數表》《比例四線新表》和《三角演算法》。前兩書是介紹英國數學家納皮爾和布里格斯發明增修的對數。後一書除《崇禎歷書》介紹的球面三角外,尚有半形公式、半弧公式、德氏比例式、納氏比例式等。方中通所著《數度衍》對對數理論進行解釋。對數的傳入是十分重要,它在歷法計算中立即就得到應用。 清初學者研究中西數學有心得而著書傳世的很多,影響較大的有王錫闡《圖解》、梅文鼎《梅氏叢書輯要》(其中數學著作13種共40卷)、年希堯《視學》等。梅文鼎是集中西數學之大成者。他對傳統數學中的線性方程組解法、勾股形解法和高次冪求正根方法等方面進行整理和研究,使瀕於枯萎的明代數學出現了生機。年希堯的《視學》是中國第一部介紹西方透視學的著作。 清康熙皇帝十分重視西方科學,他除了親自學習天文數學外,還培養了一些人才和翻譯了一些著作。1712年康熙皇帝命梅彀成任蒙養齋匯編官,會同陳厚耀、何國宗、明安圖、楊道聲等編纂天文演算法書。1721年完成《律歷淵源》100卷,以康熙」御定」的名義於1723年出版。其中《數理精蘊》主要由梅彀成負責,分上下兩編,上編包括《幾何原本》、《演算法原本》,均譯自法文著作;下編包括算術、代數、平面幾何平面三角、立體幾何等初等數學,附有素數表、對數表和三角函數表。由於它是一部比較全面的初等數學網路全書,並有康熙」御定」的名義,因此對當時數學研究有一定影響。 綜上述可以看到,清代數學家對西方數學做了大量的會通工作,並取得許多獨創性的成果。這些成果,如和傳統數學比較,是有進步的,但和同時代的西方比較則明顯落後了。 雍正即位以後,對外閉關自守,導致西方科學停止輸入中國,對內實行高壓政策,致使一般學者既不能接觸西方數學,又不敢過問經世致用之學,因而埋頭於究治古籍。乾嘉年間逐漸形成一個以考據學為主的乾嘉學派。 隨著《算經十書》與宋元數學著作的收集與注釋,出現了一個研究傳統數學的高潮。其中能突破舊有框框並有發明創造的有焦循、汪萊、李銳、李善蘭等。他們的工作,和宋元時代的代數學比較是青出於藍而勝於藍的;和西方代數學比較,在時間上晚了一些,但這些成果是在沒有受到西方近代數學的影響下獨立得到的。 與傳統數學研究出現高潮的同時,阮元與李銳等編寫了一部天文數學家傳記-《疇人傳》,收集了從黃帝時期到嘉慶四年已故的天文學家和數學家270餘人(其中有數學著作傳世的不足50人),和明末以來介紹西方天文數學的傳教士41人。這部著作全由」掇拾史書,荃萃群籍,甄而錄之」而成,收集的完全是第一手的原始資料,在學術界頗有影響。 1840年鴉片戰爭以後,西方近代數學開始傳入中國。首先是英人在上海設立墨海書館,介紹西方數學。第二次鴉片戰爭後,曾國藩、李鴻章等官僚集團開展」洋務運動」,也主張介紹和學習西方數學,組織翻譯了一批近代數學著作。 其中較重要的有李善蘭與偉烈亞力翻譯的《代數學》《代微積拾級》;華蘅芳與英人傅蘭雅合譯的《代數術》《微積溯源》《決疑數學》;鄒立文與狄考文編譯的《形學備旨》《代數備旨》《筆算數學》;謝洪賚與潘慎文合譯的《代形合參》《八線備旨》等等。 《代微積拾級》是中國第一部微積分學譯本;《代數學》是英國數學家德·摩根所著的符號代數學譯本;《決疑數學》是第一部概率論譯本。在這些譯著中,創造了許多數學名詞和術語,至今還在應用,但所用數學符號一般已被淘汰了。戊戌變法以後,各地興辦新法學校,上述一些著作便成為主要教科書。 在翻譯西方數學著作的同時,中國學者也進行一些研究,寫出一些著作,較重要的有李善蘭的《《尖錐變法解》《考數根法》;夏彎翔的《洞方術圖解》《致曲術》《致曲圖解》等等,都是會通中西學術思想的研究成果。 由於輸入的近代數學需要一個消化吸收的過程,加上清末統治者十分腐敗,在太平天國運動的沖擊下,在帝國主義列強的掠奪下,焦頭爛額,無暇顧及數學研究。直到1919年五四運動以後,中國近代數學的研究才真正開始。 近現代數學發展時期 這一時期是從20世紀初至今的一段時間,常以1949年新中國成立為標志劃分為兩個階段。 中國近3年留日的馮祖荀,1908年留美的鄭之蕃,1910年留美的胡明復和趙元任,1911年留美的姜立夫,1912年留法的何魯,1913年留日的陳建功和留比利時的熊慶來(1915年轉留法),1919年留日的蘇步青等人。他們中的多數回國後成為著名數學家和數學教育家,為中國近現代數學發展做出重要貢獻。其中胡明復1917年取得美國哈佛大學博士學位,成為第一位獲得博士學位的中國數學家。隨著留學人員的回國,各地大學的數學教育有了起色。最初只有北京大學1912年成立時建立的數學系,1920年姜立夫在天津南開大學創建數學系,1921年和1926年熊慶來分別在東南大學(今南京大學)和清華大學建立數學系,不久武漢大學、齊魯大學、浙江大學、中山大學陸續設立了數學系,到1932年各地已有32所大學設立了數學系或數理系。1930年熊慶來在清華大學首創數學研究部,開始招收研究生,陳省身、吳大任成為國內最早的數學研究生。三十年代出國學習數學的還有江澤涵(1927)、陳省身(1934)、華羅庚(1936)、許寶騄(1936)等人,他們都成為中國現代數學發展的骨幹力量。同時外國數學家也有來華講學的,例如英國的羅素(1920),美國的伯克霍夫(1934)、奧斯古德(1934)、維納(1935),法國的阿達馬(1936)等人。1935年中國數學會成立大會在上海召開,共有33名代表出席。1936年《中國數學會學報》和《數學雜志》相繼問世,這些標志著中國現代數學研究的進一步發展。 解放以前的數學研究集中在純數學領域,在國內外共發表論著600餘種。在分析學方面,陳建功的三角級數論,熊慶來的亞純函數與整函數論研究是代表作,另外還有泛函分析、變分法、微分方程與積分方程的成果;在數論與代數方面,華羅庚等人的解析數論、幾何數論和代數數論以及近世代數研究取得令世人矚目的成果;在幾何與拓撲學方面,蘇步青的微分幾何學,江澤涵的代數拓撲學,陳省身的纖維叢理論和示性類理論等研究做了開創性的工作:在概率論與數理統計方面,許寶騄在一元和多元分析方面得到許多基本定理及嚴密證明。此外,李儼和錢寶琮開創了中國數學史的研究,他們在古算史料的注釋整理和考證分析方面做了許多奠基性的工作,使我國的民族文化遺產重放光彩。 1949年11月即成立中國科學院。1951年3月《中國數學學報》復刊(1952年改為《數學學報》),1951年10月《中國數學雜志》復刊(1953年改為《數學通報》)。1951年8月中國數學會召開建國後第一次全國代表大會,討論了數學發展方向和各類學校數學教學改革問題。 建國後的數學研究取現代數學開始於清末民初的留學活動。較早出國學習數學的有:190得長足進步。50年代初期就出版了華羅庚的《堆棧素數論》(1953)、蘇步青的《射影曲線概論》(1954)、陳建功的《直角函數級數的和》(1954)和李儼的《中算史論叢》(5輯,1954-1955)等專著,到1966年,共發表各種數學論文約2萬余篇。除了在數論、代數、幾何、拓撲、函數論、概率論與數理統計、數學史等學科繼續取得新成果外,還在微分方程、計算技術、運籌學、數理邏輯與數學基礎等分支有所突破,有許多論著達到世界先進水平,同時培養和成長起一大批優秀數學家。 60年代後期,中國的數學研究基本停止,教育癱瘓、人員喪失、對外交流中斷,後經多方努力狀況略有改變。1970年《數學學報》恢復出版,並創刊《數學的實踐與認識》。1973年陳景潤在《中國科學》上發表《大偶數表示為一個素數及一個不超過二個素數的乘積之和》的論文,在哥德巴赫猜想的研究中取得突出成就。此外中國數學家在函數論、馬爾可夫過程、概率應用、運籌學、優選法等方面也有一定創見。 1978年11月中國數學會召開第三次代表大會,標志著中國數學的復甦。1978年恢復全國數學競賽,1985年中國開始參加國際數學奧林匹克數學競賽。1981年陳景潤等數學家獲國家自然科學獎勵。1983年國家首批授於18名中青年學者以博士學位,其中數學工作者佔2/3。1986年中國第一次派代表參加國際數學家大會,加入國際數學聯合會,吳文俊應邀作了關於中國古代數學史的45分鍾演講。近十幾年來數學研究碩果累累,發表論文專著的數量成倍增長,質量不斷上升。1985年慶祝中國數學會成立50周年年會上,已確定中國數學發展的長遠目標。代表們立志要不懈地努力,爭取使中國在世界上早日成為新的數學大國。
Ⅳ 中西方數學發展史上有什麼不同的特點
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中西方古代數學是兩個完全不同體系,中國古代數學偏向構造性與機械性的演算法體系,而以古希臘為代表的西方數學則側重於邏輯演繹體系。
古代希臘的數學,自公元前600年左右開始,到公元641年為止共持續了近1300年。前期始於公元前600年,終於公元前336年希臘被並入馬其頓帝國,活動范圍主要集中在驅典附近;後期則起自亞歷山大大帝時期,活動地點在亞歷山大利亞;公元641年亞歷山大城被阿拉伯人佔領,古希臘文明時代宣告終結。 而中國數學起源於遙遠的石器時代,經歷了先秦萌芽時期(從遠古到公元前200年);漢唐始創時期(公元前200年到公元1000年),元宋鼎盛時期(公元1000年到14世紀初),明清西學輸入時期(十四世紀初到1919年)。
一、最早的有關數學的記載的比較
最早的希臘數學記載是拜占庭的希臘文的手抄本(可能做了若干修改),是在希臘原著寫成後500年到1500年之間錄寫的。其原因是希臘的原文手稿沒有保存下來。而成書最早的是帕普斯公元三世紀撰寫的《數學匯編》和普羅克拉斯(公元5世紀)的《歐德姆斯概要》。《歐德姆斯概要》一書是以歐德姆斯寫的一部著作(一部相當完整的包括公元前335年之前的希臘幾何學歷史概略,但已經丟失)為基礎的。
中國最早的數學專著有《杜忠算術》和《許商算術》(由《漢書·藝文志》記載可知),但這兩部著作都已失傳。《算術書》是目前可以見到的中國最早的,也是一部比較完整的數學專著。這部著作於1984年1月,在湖北江陵張家山出土大批竹簡中發現的,據有關專家認定《算術書》抄寫於西漢初年(約公元前2世紀),成書時間應該更早,大約在戰國時期。《算術書》採用問題集形式,共有60多個小標題,90多個題目,包括整數和分數四則運算、比例問題、面積和體積問題等。
結論:中國是四大文明古國之一,所有的文化創造,均源自華夏大地。一般來講,中國的數學成果較古希臘為遲。
二、經典之作的比較 古希臘數學的經典之作是歐幾里得的名著《幾何原本》。亞歷山大前期大數學家歐幾里得完成了具有劃時代意義工作——把以實驗和觀察而建立起來的經驗科學,過渡為演繹的科學,把邏輯證明系統地引入數學中,歐幾里得在《幾何原本》中所採用公理、定理都是經過細致斟酌、篩選而成,並按照嚴謹的科學體系進行內容的編排,使之系統化、理論化,
超過他以前的所有著作。《幾何原本》分十三篇.含有467個命題。 《幾何原本》對世界數學的貢獻主要是:
1. 建立了公理體系,明確提出所用的公理、公設和定義。由淺入深地揭示一系列定理,使得用一小批公理證出幾百個定理。
2. 把邏輯證明系統地引入數學中,強調邏輯證明是確立數學命題真實性的一個基本方法。 3. 示範地規定了幾何證明的方法:分析法、綜合法及歸謬法。
《幾何原本》精闢地總結了人類長時期積累的數學成就,建工了數學的科學體系。為後世繼續學習和研究數學提供了課題和資料,使幾何學的發展充滿了活的生機。二千年來,一直被公認為初等數學的基礎教材。
而中國的經典之作是《九章算術》。不同的是,《九章算術》並不是一人一時寫成的,它經歷了多次的整理、刪補和修訂,是幾代人共同勞動的結晶。大約成書於東漢初年(公元一世紀)。《九章算術》採用問題集形式.全書分為九章,例舉了246個數學問題,並在若干問題之後,敘述這類問題的解題方法。 《九章算術》對世界數學的貢獻主要有: 1. 開方術,反應了中國數學的高超計算水平,顯示中國獨有的演算法體系。
2. 方程理論,多元聯立一次方程組的出現,相當於高斯消去法的總結,獨步於世界。 3. 負數的引入,特別是正負數加減法則的確立,是一項了不起的貢獻。
劉徽公元263年注《九章算術》,主要貢獻是整理此前的中國古代數學成就,並用自己的理解加以評述,特別是一些數學方法的提煉,達到中國數學的高峰。
《九章算術》系統地總結了西周至秦漢時期我國數學的重大成就,是中國數學體系形成的重要標志,其內容豐富多彩,反映了我國古代高度發展的數學。《九章算術》對中國數學發展的影響,可與歐幾里得《幾何原本》對西方數學的影響一樣,是非常深遠的。 結論:《九章算術》和《幾何原本》同為世界最重要的數學經典。《九章算術》以其實用、演算法性稱譽世界,《幾何原本》以其邏輯演繹的思想方法風靡整個科學界。二者是互相補充的,並非一個掩蓋另一個。
三.古希臘數學與中國數學特點的比較
古希臘數學的特點如下:
1.希臘人將數學抽象化,使之成為一種科學.具有不可估量的意義和價值。希臘人堅持使用演繹證明,認識到只有用勿容置疑的演繹推理法才能獲得真理。要獲得真理就必須從真理出發,不能把靠不住的事實當作己知。從《幾何原本》中的10個公理出發,可以得到相當多的定理和命題。
2.希臘人在數學內容方面的貢獻主要是創立平面幾何、立體幾何、平面與球面三角、數論,推廣了算術和代數,但只是初步的,尚有不足乃至錯誤;
3.希臘人重視數學在美學上的意義,認為數學是一種美,是和諧、簡單、明確以及有秩序的藝術;
4.希臘人認為在數學中可以看到關於宇宙結構和設計的最終真理,使數學與自然界緊密聯系起來,並認為宇宙是按數學規律設計的,並且能被人們所認識的。
中國數學的特點如下:
1.中國數學最基本的特點是具有鮮明的社會性。通觀中國古典數學著作的內容,幾乎都與當時社會生活的實際需要有著密切的聯系。從《九章算術》開始,中國算學經典基本上都遵從問題集解的體例編纂而成,其內容反映了當時社會政治、經濟、軍事、文化等方面的某些實際需要,具有濃厚的應用數學的色彩;
2.中國數學教育與研究始終置於政府的控制之下,以適應統治階級的需要;
3.中國數學家的數學論著深受歷史上各種社會思潮、哲學流派以至宗教神學的影響,具有形形色色的社會痕跡。
4.中國數學是以幾何方法和代數方法的相互滲透表現為形數結合的,是用算籌來計算的.並採用了十進位制。同時,用一整套」程序語言」來揭示計算方法,而演算程序簡捷而巧妙。 5.中國數學理論表現為運算過程之中,即「寓理於算」。中國數學家善於從錯綜復雜的數學現象中抽象出深刻的數學概念,提煉出一般的數學原理,作為研究眾多數學問題的基礎。
結論:古希臘數學屬於公理化演繹體系,著眼於」理」——首先給出公理、公設、定義,爾後在此基礎上有條不紊地、由簡到繁地進行一系列定理的證明;中國數學屬於機械化演算法體系;著眼於」算」——把問題分門別類,然後用一個固定的方程式解決一類問題的計算。
Ⅳ 中西方數學發展史上有什麼不同的特點
中西方古代數學是兩個完全不同體系,中國古代數學偏向構造性與機械性的演算法體系,而以古希臘為代表的西方數學則側重於邏輯演繹體系。
東方數學(以中國古代數學為代表)主要特徵:1具有實用性,較強的社會性;2演算法程序化;3. 寓理於算。
西方數學主要特徵:1封閉的邏輯演繹體系;2古希臘的數字與神秘性結合;3將數學抽象化;4希臘數學重視數學在美學上的意義。
下面這部分轉自吳文俊院士,我很同意他的觀點,你不妨看看,希望對你有所幫助。
一提到科學或者數學,腦子里想到的就是以歐美為代表的西方科學和數學。我要講的是,除了以西方為代表的科學和數學之外,事實上還有跟它們完全不同的所謂東方科學與數學。這個意見也不是我第一次這樣講,在《中國科學技術史》這一宏篇巨著裡面就已經介紹了這一點。李約瑟在著作里講,東方不僅有科學和數學,而且跟西方走的是完全不同的道路,有不同的思想方法。究竟怎麼不一樣呢?
所謂東方數學,就是中國的古代數學及印度的古代數學。東西方數學的異同,也就是現在歐美的數學跟東方數學(主要是古代的中國數學)有什麼異同。我們學現代數學(也就是西方數學),主要內容是證明定理;而中國的古代數學根本不考慮定理不定理,沒有這個概念,它的主要內容是解方程。我們著重解方程,解決各式各樣的問題,著重計算,要把計算的過程、方法、步驟說出來。這個方法步驟,用現在的話來講,就相當於所謂演算法。美國一位計算機數學大師說,計算機數學即是演算法的數學。中國的古代數學是一種演算法的數學,也就是一種計算機的數學。進入到計算機時代,這種計算機數學或者是演算法的數學,剛巧是符合時代要求,符合時代精神的。從這個意義上來講,我們最古老的數學也是計算機時代最適合、最現代化的數學。這是我個人的一種看法。
我們再來說一下東方數學,也就是中國古代數學的精神實質是什麼。我們古代數學的精髓就是從問題出發的精神,和西方的從公理出發完全不一樣。為了從問題出發,解決各式各樣的問題,就帶動了理論和方法的發展。從問題出發,以問題帶動學科的發展,這是整個數學發展的總的面貌。
為什麼解決問題要解方程呢?原因很簡單:一個問題有原始的數據,要求解決這個問題得出答案,這個答案也應是以某種數據的形式來表示的。在原始數據和要求數據之間,有某種形式的關系,這種由已知數和未知數建立起來的關系就是一種方程。為了解決形形色色的問題,就要解決形形色色的方程。因此,解方程變成中國兩千多年歷史發展中主要的目標所在。
我想特別提到一點,就是我們經常跟著外國人的腳步走。我們往往花很大的力氣從事某種猜測的研究,希望能夠解決或者至少推進一步。可是不管你對這個猜測證明也好,推進也好,提出這個猜測的人,就好比老師出了一個題目,即使你把這它解決了,也無非是把老師的題目做出來,還是低人一等,出題目的老師還是高你一等。在計算機時代,這個問題值得思考。當然,不管誰提出來這樣的問題,我們都應想辦法對其有所貢獻,可是不能止步於此,我們應該出題目給人家做,這個性質是完全不一樣的。
我們正在進入計算機時代,計算機只能處理有限的問題,所以相應的數學應該是一種處理有限事物的數學,在數學上叫「組合數學」。歷史上,組合數學創始於中國,以賈憲為首,一系列的成就不斷涌現。我們在數學方面得到許多這樣的成就絕不是偶然的。東方的數學有一定的思考方法,是有計劃、有步驟、有思想地進行的。具體地講,它有一個基本的模式,就是從實際問題出發,形成一些新的概念,產生一些新的方法,再提高到理論上,建立一般的原理(就像牛頓有關的定理),用這樣的原理解決形形色色更復雜、更重要、更艱深的實際問題,這樣數學就不斷地上升和發展。這就是古代數學發展的大致理論體系。
我們現在擁有計算機這樣的便捷武器,又擁有切合計算機時代使用的古代數學。怎樣進行工作,才能對得起古代的前輩,建立起我們新時代的新數學,並在不遠的將來,使東方的數學超過西方的數學,不斷地出題目給西方做,我想,這值得我們大家思考和需要努力的方面。 收起
Ⅵ 西方或外國數學發展史1000——2000字
你把你需要的留下,把不需要的刪去!
一.古埃及數學
埃及是世界上文化發達最早的幾個地區之一,位於尼羅河兩岸,公元前3200年左右,形成一個統一的國家。尼羅河定期泛濫,淹沒全部谷地,水退後,要重新丈量居民的耕地面積。由於這種需要,多年積累起來的測地知識便逐漸發展成為幾何學。
公元前2900年以後,埃及人建造了許多金字塔,作為法老的墳墓。從金字塔的結構,可知當時埃及人已懂得不少天文和幾何的知識。例如基底直角的誤差與底面正方形兩邊同正北的偏差都非常小。
現今對古埃及數學的認識,主要根據兩卷用僧侶文寫成的紙草書;一卷藏在倫敦,叫做萊因德紙草書,一卷藏在莫斯科。埃及最古老的文字是象形文字,後來演變成一種較簡單的書寫體,通常叫僧侶文。除了這兩卷紙草書外,還有一些寫在羊皮上或用象形文字刻在石碑上和木頭上的史料,藏於世界各地。兩卷紙草書的年代在公元前1850~前1650年之間,相當於中國的夏代。
埃及很早就用十進記數法,但卻不知道位值制,每一個較高的單位是用特殊的符號來表示的。埃及算術主要是加法,而乘法是加法的重復。他們能解決一些一元一次方程的問題,並有等差、等比數列的初步知識。占特別重要地位的是分數演算法,即把所有分數都化成單位分數(即分子是 1的分數)的和。萊因德紙草書用很大的篇幅來記載2/n(n從5到101)型的分數分解成單位分數的結果。為什麼要這樣分解以及用什麼方法去分解,到現在還是一個謎。這種繁雜的分數演算法實際上阻礙了算術的進一步發展。 紙草書還給出圓面積的計算方法:將直徑減去它的1/9之後再平方。計算的結果相當於用 3.1605作為圓周率,不過他們並沒有圓周率這個概念。根據莫斯科紙草書,推測他們也許知道正四稜台體積的計算方法。
總之,古代埃及人積累了一定的實踐經驗,但還沒有上升為系統的理論。
二.美索不達米亞數學
西亞美索不達米亞地區(即底格里斯河與幼發拉底河流域)是人類早期文明發祥地之一。一般稱公元前19世紀至公元前6世紀間該地區的文化為巴比倫文化,相應的數學屬巴比倫數學。這一地區的數學傳統上溯至約公元前二千年的蘇美爾文化,後續至公元1世紀基督教創始時期。對巴比倫數學的了解,依據於19世紀初考古發掘出的楔形文字泥板,有約300塊是純數學內容的,其中約200塊是各種數表,包括乘法表、倒數表、平方和立方表等。大約在公元前1800~前1600年間,巴比倫人已使用較系統的以60為基數的數系(包括60進制小數)。由於沒有表示零的記號,這種記數法是不完善的。
巴比倫人的代數知識相當豐富,主要用文字表達,偶爾使用記號表示未知量。
在公元前1600年前的一塊泥板上,記錄了許多組畢達哥拉斯三元數組(即勾股數組)。據考證,其求法與希臘人丟番圖的方法相同。巴比倫人還討論了某些三次方程和可化為二次方程的四次方程。
巴比倫的幾何屬於實用性質的幾何,多採用代數方法求解。他們有三角形相似及對應邊成比例的知識。用公式 (с為圓的周長)求圓面積,相當於取π=3。
巴比倫人在公元前 3世紀已較頻繁地用數學方法記載和研究天文現象,如記錄和推算月球與行星的運動,他們將圓周分為360度的做法一直沿用至今。
三.瑪雅數學
對於瑪雅數學的了解,主要來自一些殘剩的瑪雅時代石刻。對這些石刻上象形文字的釋讀表明:瑪雅人很早就創造了位值制的記數系統,具體記數方式又分兩種:第一種叫橫點記數法;第二種叫頭形記數法。橫點記數法以一點表示1,以一橫表示5,以一介殼狀 表示0,但不是0符號。
迄今所知道的瑪雅數學知識就是如此,其中只顯示加法和進位兩種。關於形的認識,只能從瑪雅古建築中體會到一些。這些古建築從外形看都很整齊劃一,可以判斷當時瑪雅人對幾何圖形已有一定的知識。
四.印度數學
印度數學的數學發展可以劃分為三個重要時期,首先是雅利安人入侵以前的達羅毗荼人時期,史稱河谷文化;隨後是吠陀時期;其次是悉檀多時期。由於河谷文化的象形文字至今不能解讀,所以對這一時期印度數學的實際情況了解得很少。
印度數學最早有文字記錄的是吠陀時代,其數學材料混雜在婆羅門教和印度教的經典《吠陀》當中,年代很不確定,今人所考定的年代出入很大,其年代最早可上溯到公元前10世紀,最晚至公元前3世紀。
由幾何計算導致了一些求解一、二次代數方程問題,印度用算術方法給出求解公式。
耆那教的經典由宗教原理、數學原理、算術和天文等幾部分構成,流傳下來的原始經典較少,不過流傳一些公元前5世紀至公元後2世紀的注釋。
公元773年,印度數碼傳入阿拉伯國家,後來歐洲人通過阿拉伯人接受了,成為今天國際通用的所謂阿拉伯數碼。這種印度數碼與記數法成為近世歐洲科學賴以進步的基礎。中國唐朝印度裔天文歷學家瞿曇悉達於718年翻譯的印度歷法《九執歷》當中也有這些數碼,可是未被中國人所接受。
由於印度屢被其他民族征服,使印度古代天文數學受外來文化影響較深,除希臘天文數學外,也不排除中國文化的影響,然而印度數學始終保持東方數學以計算為中心的實用化特色。與其算術和代數相比,印度人在幾何方面的工作顯得十分薄弱,最具特色與影響的成就是其不定分析和對希臘三角術的推進。
Ⅶ 數學的起源和演變誰知道哦
非洲東北部的尼羅河流域,孕育了埃及的文化。在公元前3500~3000年間,這里曾建立了一個統一的帝國。
目前我們對古埃及數學的認識,主要源於兩份用僧侶文寫成的紙草書,其一是成書於公元前1850年左右的莫斯科紙草書,另一份是約成書於公元前1650年的蘭德(Rhind)紙草書,又稱阿梅斯(Ahmes)紙草書。阿梅斯紙草書的內容相當豐富,講述了埃及的乘法和除法、單位分數的用法、試位法、求圓面積問題的解和數學在許多實際問題中的應用。
古埃及人使用象形文字,其數字以十進製表示,但並非位值制,而分數還有一套專門的記法。由埃及數系建立起來的算術具有加法特徵,其乘、除法的計算也只是利用連續加倍的方法來完成。古埃及人將所有的分數都化成單位分數(分子為 1的分數之和),在阿梅斯紙草書中,有很大一張分數表,把2/(2n+1)狀分數表示成單位分數之和,如:2/5=1/3+1/15,2/7=1/4+1/28,…,2/97=1/56+1/679+
1/776,等等。
古埃及人已經能解決一些屬於一次方程和最簡單的二次方程的問題,還有一些關於等差數列、等比數列的初步知識。
如果說巴比倫人發展了卓越的算術和代數學,那麼在另一方面,人們一般認為埃及人在幾何學方面要勝過巴比倫人。一種觀點認為尼羅河水每年一次的定期泛濫,淹沒河流兩岸的谷地。大水過後,法老要重新分配土地,長期積累起來的土地測量知識逐漸發展為幾何學。
埃及人能夠計算簡單平面圖形的面積,計算出的圓周率為 3.16049;他們還知道如何計算棱椎、圓椎、圓柱體及半球的體積。其中最驚人的成就在於方棱椎平頭截體體積的計算,他們給出的計算過程與現代的公式相符。
至於在建造金字塔和神殿過程中,大量運用數學知識的事實表明,埃及人已積累了許多實用知識,而有待於上升為系統的理論。
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印度數學(Hin mathematics)
印度是世界上文化發達最早的地區之一,印度數學的起源和其它古老民族的數學起源一樣,是在生產實際需要的基礎上產生 的。但是,印度數學的發展也有一個特殊的因素,便是它的數學和歷法一樣,是在婆羅門祭禮的影響下得以充分發展的。再加上 佛教的交流和貿易的往來,印度數學和近東,特別是中國的數學便在互相融合,互相促進中前進。另外,印度數學的發展始終與天文學有密切的關系,數學作品大多刊載於天文學著作中的某些篇章。
《繩法經》屬於古代婆羅門教的經典,可能成書於公元前6世紀,是在數學史上有意義的宗教作品,其中講到拉繩設計祭壇時所體現到的幾何法則,並廣泛地應用了勾股定理。
此後約1000年之中,由於缺少可靠的史料,數學的發展所知甚少。
公元5-12世紀是印度數學的迅速發展時期,其成就在世界數學史上佔有重要地位。在這個時期出現了一些著名的學者,如6世紀的阿利耶波多(第一)( ryabhata),著有《阿利耶波多歷數書》;7世紀的婆羅摩笈多(Brahmagupta ),著有《婆羅摩笈多修訂體系》(Brahma-sphuta-sidd'h nta ),在這本天文學著作中,包括「算術講義」和「不定方程講義 」等數學章節;9世紀摩訶毗羅(Mah vira );12世紀的婆什迦羅(第二)(Bh skara ),著有《天文系統極致》(Siddh nta iromani ),有關數學的重要部份為《麗羅娃提》(Lil vati) )和《演算法本源》(V jaganita)等等。
在印度,整數的十進制值制記數法產生於6世紀以前,用9個數字和表示零的小圓圈,再藉助於位值制便可寫出任何數字。他們由此建立了算術運算,包括整數和分數的四則運演算法則;開平方和開立方的法則等。對於「零」,他們不單是把它看成「一無所有」或空位,還把它當作一個數來參加運算,這是印度算術的一大貢獻。
印度人創造的這套數字和位值記數法在8世紀傳入伊斯蘭世界,被阿拉伯人採用並改進。13世紀初經斐波納契的《算盤書》 流傳到歐洲,逐漸演變成今天廣為利用的1,2,3,4,…,等等,稱為印度-阿拉伯數碼。
印度對代數學做過重大的貢獻。他們用符號進行代數運算,並用縮寫文字表示未知數。他們承認負數和無理數,對負數的四 則運演算法則有具體的描述,並意識到具有實解的二次方程有兩種形式的根。印度人在不定分析中顯示出卓越的能力,他們不滿足於對一個不定方程只求任何一個有理解,而致力於求所有可能的整數解。印度人還計算過算術級數和幾何級數的和,解決過單利 與復利、折扣以及合股之類的商業問題。
印度人的幾何學是憑經驗的,他們不追求邏輯上嚴謹的證明,只注重發展實用的方法,一般與測量相聯系,側重於面積、體積的計算。其貢獻遠遠比不上他們在算術和代數方面的貢獻大。在三角學方面,印度人用半弦(即正弦)代替了希臘人的全弦, 製作正弦表,還證明了一些簡單的三角恆等式等等。他們在三角學所做的研究是十分重要的。
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阿拉伯數學[Arabic mathematics]
從九世紀開始,數學發展的中心轉向阿拉伯和中亞細亞。
自從公元七世紀初伊斯蘭教創立後,很快形成了強大的勢力,迅速擴展到阿拉伯半島以外的廣大地區,跨越歐、亞、非三大洲。在這一廣大地區內,阿拉伯文是通用的官方文字,這里所敘述的阿拉伯數學,就是指用阿拉伯語研究的數學。
從八世紀起大約有一個到一個半世紀是阿拉伯數學的翻譯時期,巴格達成為學術中心,建有科學宮、觀象台、圖書館和一個學院。來自各地的學者把希臘、印度和波斯的古典著作大量地譯為阿拉伯文。在翻譯過程中,許多文獻被重新校訂、考證和增補,大量的古代數學遺產獲得了新生。阿拉伯文明和文化在接受外來文化的基礎上,迅速發展起來,直到15世紀還充滿活力。
花拉子米[Al-khowarizmi]是阿拉伯初期最主要的數學家,他編寫了第一本用阿拉伯語在伊斯蘭世界介紹印度數字和記數法的著作。公元十二世紀後,印度數字、十進制值制記數法開始傳入歐洲,又經過幾百年的改革,這種數字成為我們今天使用的印度—阿拉伯數碼。花拉子米的另一名著《ilm al-jabr wa'lmugabalah》[《代數學》]系統地討論了一元二次方程的解法,該種方程的求根公式便是在此書中第一次出現。現代」algebra」[代數學]一詞亦源於書名中出現的」al jabr」。
三角學在阿拉伯數學中佔有重要地位,它的產生與發展和天文學有密切關系。阿拉伯人在印度人和希臘人工作的基礎上發展了三角學。他們引進了幾種新的三角量,揭示了它們的性質和關系,建立了一些重要的三角恆等式。給出了球面三角形和平面三角形的全部解法,製造了許多較精密的三角函數表。其中著名的數學家有:阿爾.巴塔尼[Al-Battani]、阿卜爾.維法[Abu'l-Wefa]、阿爾.比魯尼[Al-Beruni]等。系統而完整地論述三角學的著作是由十三世紀的學者納西爾丁[Nasir ed-din]完成的,該著作使三角學脫離天文學而成為數學的獨立分支,對三角學在歐洲的發展有很大的影響。
在近似計算方面,十五世紀的阿爾.卡西[Al-kashi]在他的《圓周論》中,敘述了圓周率π的計算方法,並得到精確到小數點後16位的圓周率,從而打破祖沖之保持了一千年的記錄。此外,阿爾.卡西在小數方面做過重要工作,亦是我們所知道的以「帕斯卡三角形」形式處理二項式定理的第一位阿拉伯學者。
阿拉伯幾何學的成就低於代數和三角。希臘幾何學嚴密的邏輯論證沒有被阿拉伯人接受。
總的來看,阿拉伯數學較缺少創造性,但當時世界上大多數地方正處於科學上的貧瘠時期,其成績相對顯得較大,值得贊美的是他們充當了世界上大量精神財富的保存者,在黑暗時代過去後,這些精神財富才傳回歐洲。歐洲人主要就是通過他們的譯著才了解古希臘和印度以及中國數學的成就。
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日本數學[Mathematics in Japan]
人類從何時才開始定居於日本列島,至今仍無定論。公元四世紀中葉,日本建立了第一個統一的國家。在十世紀以前,日本主要吸收外來的文化。中國、朝鮮和印度的文化對日本都有很大的影響,十世紀以後,真正的日本文化才發展起來。日本數學的繁榮則更晚,是十七世紀以後的事。
日本人把受西方數學影響以前,按自己的特點發展起來的數學叫和算,也算日本傳統數學。十七世紀後期至十九世紀中葉是和算的興盛時期。 和算在中國古代數學的影響下發展起來。公元六世紀始,中國的歷法和數學就直接或間接地[通過朝鮮]傳入日本,日本政府亦多次派留學生到中國唐朝學習數學。到八世紀初,日本已仿照隋唐時期的數學教育制度設立算學博士並採用《周髀算經》、《九章算術》、《孫子算經》、《綴術》等中國古算書作為教材,這是中國數學輸入日本的第一個時期。
十三至十七世紀,是中國數學傳入日本的第二個時期,《楊輝演算法》、《算學啟蒙》、《演算法統宗》等陸續傳入日本,對日本數學的發展有重要的影響。吉田光由的《塵劫記》[1627]使珠算術在日本迅速得到普及,其內容與《演算法統宗》極為相似,只是其中許多例題是根據日本的實際情況編寫的。這時期還有幾本著作是專門介紹和解釋《算學啟蒙》的。 十七世紀初,日本數學家開始寫出自己的著作,如毛利重能的《割算書》[1622]、今村知商的《豎亥錄》[1639]等。到十七世紀末期,通過關孝和等人的工作,逐漸形成了日本數學體系——和算。
關孝和在日本被尊為「算聖」,十七世紀末到十八世紀初,以他為核心形成一個學派[關流],這一學派的主要成就是「點 術」和「圓理」。「點 術」是把由中國傳入的天文術改為筆算,並改進了算式的記法,是和算特有的筆算代數學。「圓理」可看作是和算特有的數學分析。建部賢弘求得弧長的無窮級數表達式,又稱圓理公式。久留島義太推廣了圓理公式,發展了圓理的極數術[極值問題],並在西方數學家之前發現了歐拉函數和行列式展開定理。關氏學派的第四代大師安島直圓深入到微積分領域,提出一種求弧長的方法;又將此法推廣,形成二重積分,求出了兩相交圓柱公共部份的體積。晚期的關氏學派數學家和田寧進一步改進了圓理,使計算弧長、面積、體積等問題更加簡化,他使用的方法和現在積分法的原理相近。
除了關氏學派外,還有一些較小的學派。他們總結了和算中的各種幾何問題;深入研究了計算橢圓、球面等面積和體積的公式;探討了代數方程理論等等。 十九世紀中葉,日本政府採取了開國政策,西方數學大量傳入。明治維新時期,日本政府實行「和算廢止,洋算專用」政策,和算迅速衰廢[只有珠算沿用至今],同時開始了近代數學的研究。時至今日,日本已步入世界上數學研究先進國家的行列。
Ⅷ 課題:數學的發展歷史
算籌是中國古代的計算工具,真正意義上的中國古代數學體系形成於自西漢至南北朝的三、四百年期間。《算數書》成書於西漢初年,是傳世的中國最早的數學專著,它是1984年由考古學家在湖北江陵張家山出土的漢代竹簡中發現的。《周髀算經》編纂於西漢末年,它雖然是一本關於「蓋天說」的天文學著作,但是包括兩項數學成就——(1)勾股定理的特例或普遍形式(「若求邪至日者,以日下為句,日高為股,句股各自乘,並而開方除之,得邪至日。」——這是中國最早關於勾股定理的書面記載);(2)測太陽高或遠的「陳子測日法」。
《九章算術》在中國古代數學發展過程中佔有非常重要的地位。它經過許多人整理而成,大約成書於東漢時期。全書共收集了246個數學問題並且提供其解法,主要內容包括分數四則和比例演算法、各種面積和體積的計算、關於勾股測量的計算等。在代數方面,《九章算術》在世界數學史上最早提出負數概念及正負數加減法法則;現在中學講授的線性方程組的解法和《九章算術》介紹的方法大體相同。注重實際應用是《九章算術》的一個顯著特點。該書的一些知識還傳播至印度和阿拉伯,甚至經過這些地區遠至歐洲。
九章算術》標志以籌算為基礎的中國古代數學體系的正式形成。
中國古代數學在三國及兩晉時期側重於理論研究,其中以趙爽與劉徽為主要代表人物。
趙爽學術成就體現於對《周髀算經》的闡釋。在《勾股圓方圖注》中,他還用幾何方法證明了勾股定理,其實這已經體現「割補原理」的方法。用幾何方法求解二次方程也是趙爽對中國古代數學的一大貢獻。三國時期魏人劉徽則注釋了《九章算術》,其著作《九章算術注》不僅對《九章算術》的方法、公式和定理進行一般的解釋和推導,而且系統地闡述了中國傳統數學的理論體系與數學原理,並且多有創造。其發明的「割圓術」(圓內接正多邊形面積無限逼近圓面積),為圓周率的計算奠定了基礎,同時劉徽還算出圓周率的近似值——「3927/1250(3.1416)」。他設計的「牟合方蓋」的幾何模型為後人尋求球體積公式打下重要基礎。在研究多面體體積過程中,劉徽運用極限方法證明了「陽馬術」。另外,《海島算經》也是劉徽編撰的一部數學論著。
南北朝是中國古代數學的蓬勃發展時期,計有《孫子算經》、《夏侯陽算經》、《張丘建算經》等算學著作問世。
祖沖之、祖暅父子的工作在這一時期最具代表性。他們著重進行數學思維和數學推理,在前人劉徽《九章算術注》的基礎上前進了一步。根據史料記載,其著作《綴術》(已失傳)取得如下成就:①圓周率精確到小數點後第六位,得到3.1415926<π<3.1415927,並求得π的約率為22/7,密率為355/113,其中密率是分子分母在1000以內的最佳值;歐洲直到16世紀德國人鄂圖(Otto)和荷蘭人安托尼茲(Anthonisz)才得出同樣結果。②祖暅在劉徽工作的基礎上推導出球體體積公式,並提出二立體等高處截面積相等則二體體積相等(「冪勢既同則積不容異」)定理;歐洲17世紀義大利數學家卡瓦列利(Cavalieri)才提出同一定理……祖氏父子同時在天文學上也有一定貢獻。
隋唐時期的主要成就在於建立中國數學教育制度,這大概主要與國子監設立算學館及科舉制度有關。在當時的算學館《算經十書》成為專用教材對學生講授。《算經十書》收集了《周髀算經》、《九章算術》、《海島算經》等10部數學著作。所以當時的數學教育制度對繼承古代數學經典是有積極意義的。
公元600年,隋代劉焯在制訂《皇極歷》時,在世界上最早提出了等間距二次內插公式;唐代僧一行在其《大衍歷》中將其發展為不等間距二次內插公式。
從公元11世紀到14世紀的宋、元時期,是以籌算為主要內容的中國古代數學的鼎盛時期,其表現是這一時期涌現許多傑出的數學家和數學著作。中國古代數學以宋、元數學為最高境界。在世界范圍內宋、元數學也幾乎是與阿拉伯數學一道居於領先集團的。
賈憲在《黃帝九章演算法細草》中提出開任意高次冪的「增乘開方法」,同樣的方法至1819年才由英國人霍納發現;賈憲的二項式定理系數表與17世紀歐洲出現的「巴斯加三角」是類似的。遺憾的是賈憲的《黃帝九章演算法細草》書稿已佚。 秦九韶是南宋時期傑出的數學家。1247年,他在《數書九章》中將「增乘開方法」加以推廣,論述了高次方程的數值解法,並且例舉20多個取材於實踐的高次方程的解法(最高為十次方程)。16世紀義大利人菲爾洛才提出三次方程的解法。另外,秦九韶還對一次同餘式理論進行過研究。
李冶於1248年發表《測圓海鏡》,該書是首部系統論述「天元術」(一元高次方程)的著作,在數學史上具有里程碑意義。尤其難得的是,在此書的序言中,李冶公開批判輕視科學實踐活動,將數學貶為「賤技」、「玩物」等長期存在的士風謬論。
公元1261年,南宋楊輝(生卒年代不詳)在《詳解九章演算法》中用「垛積術」求出幾類高階等差級數之和。公元1274年他在《乘除通變本末》中還敘述了「九歸捷法」,介紹了籌算乘除的各種運演算法。公元1280年,元代王恂、郭守敬等制訂《授時歷》時,列出了三次差的內插公式。郭守敬還運用幾何方法求出相當於現在球面三角的兩個公式。
公元1303年,元代朱世傑(生卒年代不詳)著《四元玉鑒》,他把「天元術」推廣為「四元術」(四元高次聯立方程),並提出消元的解法,歐洲到公元1775年法國人別朱(Bezout)才提出同樣的解法。朱世傑還對各有限項級數求和問題進行了研究,在此基礎上得出了高次差的內插公式,歐洲到公元1670年英國人格里高利(Gregory)和公元1676一1678年間牛頓(Newton)才提出內插法的一般公式。
14世紀中、後葉明王朝建立以後,統治者奉行以八股文為特徵的科舉制度,在國家科舉考試中大幅度消減數學內容,於是自此中國古代數學便開始呈現全面衰退之勢。
明代珠算開始普及於中國。1592年程大位編撰的《直指演算法統宗》是一部集珠算理論之大成的著作。但是有人認為,珠算的普及是抑制建立在籌算基礎之上的中國古代數學進一步發展的主要原因之一。
由於演算天文歷法的需要,自16世紀末開始,來華的西方傳教士便將西方一些數學知識傳入中國。數學家徐光啟向義大利傳教士利馬竇學習西方數學知識,而且他們還合譯了《幾何原本》的前6卷(1607年完成)。徐光啟應用西方的邏輯推理方法論證了中國的勾股測望術,因此而撰寫了《測量異同》和《勾股義》兩篇著作。鄧玉函編譯的《大測》〔2卷〕、《割圓八線表》〔6卷〕和羅雅谷的《測量全義》〔10卷〕是介紹西方三角學的著作。
此外在數學方面鮮有較大成就取得,中國古代數學自此便衰落了。
數學知識的原始積累
數學知識伴隨著人類文明的產生而起源,並率先在幾個文明古國開始了漫長的原始積累過程,人類的祖先為我們留下了珍貴的、可供研究的原始資料,最著名的古埃及象形文字紙草書和巴比倫楔形文字泥板書,較為集中地反映了古埃及數學和巴比的水平,它們被視為人類早期數學知識積累的代表。
古埃及紙草書,是用尼羅河流域沼澤地水生植物的莖皮壓制、粘連成紙草卷,用天然塗料液書寫而成的。有兩份紙草書直接書寫著數學內容。一份叫做「莫斯科紙草」,大約出自公元前1850年左右,它包括25個數學問題。這份紙草書於1893年被俄國人戈蘭尼采夫買得,也稱之為「戈蘭尼采夫紙草」,現藏莫斯科美術博物館。另一份叫做「萊因特紙草」,大約成書於公元前1650年左右,開頭寫有:「獲知一切奧秘的指南」的字樣,接著是作者阿默士從更早的文獻中抄下來的85個數學問題。這份紙草書於1858年被格蘭人萊因特購得,後為博物館收藏。這兩份草書是我們研究古埃及數學的重要資料,其內容豐富,記述了古埃及的記數法、整數四則運算、單位分數的獨特用法、試位法、求幾何圖形的面積、體積問題,以及數學在生產、生活初中中的應用問題。
古巴比倫泥板書,是用截面呈三角形的利器作筆,在將干未乾的膠泥板上刻寫而成的,由於字體為楔形筆劃,故稱之為楔形文字泥板,從19世紀前期至今,相繼出土了這種泥板有50萬塊之多。它們分別屬於公元前2100年蘇美爾文化末期,公元前1790年至公元前1600年間漢莫拉比時代和公元前600年至公元300年間新巴比倫帝國及隨後的波斯、塞流西得時代。其中,大約有300至400塊是數學泥板,數學泥板中又以數表居多,據信這些數學表是用來運算和解題的。這些古老的泥板,現在散藏於世界各地許多博物館,並且被一一編號,成為我們研究巴比倫數學最可靠的資料。巴比倫數學從整體上講比古埃及數學高明,古巴比倫人採用60進位制記數法,並計算出倒數表、平方表、立方表、平方根表和立方根表,其中2的平方根近似為1.414213...。巴比倫的代數有相當水平,他們用語言文字敘述方程問題及其解法,常用特殊的「長」、「寬」、「面積」等字眼表示未知量,除求解二次、三次方程的問題之外,也有一些數論性質的問題。巴比倫的幾何似乎沒有古埃及的幾何那麼重要,只是收羅了一些計算簡單圖形的面積、體積的法則,也許他們只是在解決實際問題時才搞點幾何。此外,巴比倫數學中有很明顯的商業、農業和天文的應用背景。
我們可以說,在人類早期數學知識積累過程中,由於計數物件的需要,產生了自然數,隨著記數法的產生和發展,逐漸形成了運算,導致算術的產生;由於計量實物的需要,產生了簡單的幾何,隨著農業、建築業、手工業及天文觀測的發展,逐漸積累了有關這些的基本性質和相互關系的經驗知識,於是幾何學萌芽了;由於商業計算、工程計算、天文的需要,在算術計算技巧的基礎上,逐漸積累起代數學基本知識。但是,在這個階段上,直到公元前6世紀,無論如何也找不到我們今天所謂的「理性的數學」,而只是一種初級的「經驗的數學」。
表示一個多位數字時,採用十進位值制,各位值的數目從左到右排列,縱橫相間[法則是:一縱十橫,百立千僵,千、十相望,萬、百相當],並以空位表示零。算籌為加、減、乘、除等運算建立起良好的條件。
在幾何學方面《史記.夏本記》中說夏禹治水時已使用了規、矩、准、繩等作圖和測量工具,並早已發現「勾三股四弦五」這個勾股定理[西方稱畢氏定理]的特例。戰國時期,齊國人著的《考工記》匯總了當時手工業技術的規范,包含了一些測量的內容,並涉及到一些幾何知識,例如角的概念。
戰國時期的百家爭鳴也促進了數學的發展,一些學派還總結和概括出與數學有關的許多抽象概念。著名的有《墨經》中關於某些幾何名詞的定義和命題,例如:「圓,一中同長也」、「平,同高也」等等。墨家還給出有窮和無窮的定義。《莊子》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,強調抽象的數學思想,例如「至大無外謂之大一,至小無內謂之小一」、「一尺之棰,日取其半,萬世不竭」等。這些許多幾何概念的定義、極限思想和其他數學命題是相當可貴的數學思想,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展。
此外,講述陰陽八卦,預言吉凶的《易經》已有了組合數學的萌芽,並反映出二進制的思想。
漢唐初創時期
這一時期包括從秦漢到隋唐1000多年間的數學發展,所經歷的朝代依次為秦、漢、魏、晉、南北朝、隋、唐。
秦漢是中國古代數學體系的形成時期。為使不斷豐富的數學知識系統化、理論化,數學方面的專書陸續出現。
西漢末年[公元前一世紀]編纂的天文學著作《周髀算經》在數學方面主要有兩項成就:(1)提出勾股定理的特例及普遍形式;(2)測太陽高、遠的陳子測日法,為後來重差術的先驅。此外,還有較復雜的開方問題和分數運算等。
《九章算術》是一部經幾代人整理、刪補和修訂而成的古代數學經典著作,約成書於東漢初年[公元前一世紀]。全書採用問題集的形式編寫,共收集了246個問題及其解法,分屬於方田、粟米、衰分、少廣、商功、均輸、盈不足、方程和勾股九章。主要內容包括分數四則和比例演算法、各種面積和體積的計算、關於勾股測量的計算等。在代數方面,《方程》章中所引入的負數概念及正負數加減法法則,在世界數學史上都是最早的記載;書中關於線性方程組的解法和現在中學講授的方法基本相同。就《九章算術》的特點來說,它注重應用,注重理論聯系實際,形成了以籌算為中心的數學體系,對中國古算影響深遠。它的一些成就如十進位值制、今有術、盈不足術等還傳到印度和阿拉伯,並通過這些國家傳到歐洲,促進了世界數學的發展。
魏晉時期中國數學在理論上有了較大的發展。其中趙爽和劉徽的工作被認為是中國古代數學理論體系的開端。趙爽是中國古代對數學定理和公式進行證明的最早的數學家之一,對《周髀算經》做了詳盡的注釋。劉徽注釋《九章算術》,不僅對原書的方法、公式和定理進行一般的解釋和推導,且在論述過程中多有創新,更撰寫《海島算經》,應用重差術解決有關測量的問題。劉徽其中一項重要的工作是創立割圓術,為圓周率的研究工作奠定理論基礎和提供了科學的演算法。
南北朝時期的社會長期處於戰爭和分裂狀態,但數學的發展依然蓬勃。《孫子算經》、《夏侯陽算經》、《張丘建算經》就是這個時期的作品。《孫子算經》給出「物不知數」問題,導致求解一次同餘組問題;《張丘建算經》的「百雞問題」引出三個未知數的不定方程組問題。 祖沖之、祖日桓父子的工作在這一時期最具代表性,他們在《九章算術》劉徽注的基礎上,將傳統數學大大向前推進了一步,成為重視數學思維和數學推理的典範。他們同時在天文學上也有突出的貢獻。其著作《綴術》已失傳,根據史料記載,他們在數學上主要有三項成就:(1)計算圓周率精確到小數點後第六位,得到3.1415926 <π< 3.1415927,並求得π的約率為22/7,密率為355/113;(2)得到祖 日桓定理[冪勢既同,則積不容異]並得到球體積公式;(3)發展了二次與三次方程的解法。
唐朝在數學教育方面有長足的發展。656年國子監設立算學館,設有算學博士和助教,由太史令李淳風等人編纂注釋《算經十書》[包括《周髀算經》、《九章算術》、《海島算經》、《孫子算經》、《張丘建算經》、《夏侯陽算經》、《緝古算經》、《五曹算經》、《五經算術》和《綴術》],作為算學館學生用的課本。對保存古代數學經典起了重要的作用。
宋元全盛時期
唐朝亡後,五代十國仍是軍閥混戰的繼續,直到北宋王朝統一了中國,農業、手工業、商業迅速繁榮,科學技術突飛猛進。從公元十一世紀到十四世紀[宋、元兩代],籌算數學達到極盛,是中國古代數學空前繁榮,碩果累累的全盛時期。這一時期出現了一批著名的數學家和數學著作,列舉如下:賈憲的《黃帝九章演算法細草》[11世紀中葉],劉益的《議古根源》[12世紀中葉],秦九韶的《數書九章》[1247],李冶的《測圓海鏡》[1248]和《益古演段》[1259],楊輝的《詳解九章演算法》[1261]、《日用演算法》[1262]和《楊輝演算法》[1274-1275],朱世傑的《算學啟蒙》[1299]和《四元玉鑒》[1303]等等。
高次方程數值解法; 天元術與四元術,即高次方程的立法與解法,是中國數學史上首次引入符號,並用符號運算來解決建立高次方程的問題;
大衍求一術,即一次同餘式組的解法,現在稱為中國剩餘定理;
招差術和垛積術,即高次內插法和高階等差級數求和。
另外,其他成就包括勾股形解法新的發展、解球面直角三角形的研究、縱橫圖[幻方]的研究、小數[十進分數]具體的應用、珠算的出現等等。
這一時期民間數學教育也有一定的發展,以及中國和伊斯蘭國家之間的數學知識的交流也得到了發展。
西學輸入時期
這一時期從十四世紀中葉明王朝建立到二十世紀清代結束共500多年。數學除珠算外出現全面衰弱的局面,當中涉及到中算的局限、十三世紀的考試制度中已刪減數學內容、明代大興八段考試制度等復雜的問題,不少中外數學史家仍探討當中涉及的原因。十六世紀末,西方初等數學開始傳入中國,使中國數學研究出現了一個中西融合貫通的局面。鴉片戰爭後,近代高等數學開始傳入中國,中國數學轉入一個以學習西方數學為主的時期。直到十九世紀末,中國的近代數學研究才真正開始。
明代最大的成就是珠算的普及,出現了許多珠算讀本,及至程大位的《直指演算法統宗》[1592]問世,珠算理論已成系統,標志著從籌算到珠算轉變的完成。但由於珠算流行,籌算幾乎絕跡,建立在籌算基礎上的古代數學也逐漸失傳,數學出現長期停滯。
隋及唐初,印度數學和天文學知識曾傳入中國,但影響較細。到了十六世紀末,西方傳教士開始到中國活動,和中國學者合譯了許多西方數學專著。其中第一部且有重大影響的是義大利傳教士利馬竇和徐光啟合譯的《幾何原本》前6卷[1607],其嚴謹的邏輯體系和演譯方法深受徐光啟推崇。徐光啟本人撰寫的《測量異同》和《勾股義》便應用了《幾何原本》的邏輯推理方法論證中國的勾股測望術。此外,《幾何原本》課本中絕大部份的名詞都是首創,且沿用至今。在輸入的西方數學中僅次於幾何的是三角學。在此之前,三角學只有零星的知識,而此後獲得迅速發展。介紹西方三角學的著作有鄧玉函編譯的《大測》[2卷,1631]、《割圓八線表》[6卷]和羅雅谷的《測量全義》[10卷,1631]。在徐光啟主持編譯的《崇禎歷書》[137卷,1629-1633]中,介紹了有關圓椎曲線的數學知識。
入清以後,會通中西數學的傑出代表是梅文鼎,他堅信中國傳統數學「必有精理」,對古代名著做了深入的研究,同時又能正確對待西方數學,使之在中國紮根,對清代中期數學研究的高潮是有積極影響的。與他同時代的數學家還有王錫闡和年希堯等人。
清康熙帝愛好科學研究,他「御定」的《數理精蘊》[53卷,1723],是一部比較全面的初等數學書,對當時的數學研究有一定影響。
在研究傳統數學時,許多數學家還有發明創造,例如有「談天三友」之稱的焦循、汪萊及李銳作出不少重要的工作。李善蘭在《垛積比類》[約1859]中得到三角自乘垛求和公式,現在稱之為「李善蘭恆等式」。這些工作較宋元時期的數學進了一步。阮元、李銳等人編寫了一部天文學家和數學家傳記《疇人傳》46卷[1795-1810],開數學史研究之先河。
1840年鴉戰爭後,閉關鎖國政策被迫中止。同文館內添設「算學」,上海江南製造局內添設翻譯館,由此開始第二次翻譯引進的高潮。主要譯者和著作有:李善蘭與英國傳教士偉烈亞力合譯的《幾何原本》後9卷[1857],使中國有了完整的《幾何原本》中譯本;《代數學》13卷[1859];《代微積拾級》18卷[1859]。李善蘭與英國傳教士艾約瑟合譯《圓錐曲線說》3卷,華蘅芳與英國傳教士傅蘭雅合譯《代數術》25卷[1872],《微積溯源》8卷[1874],《決疑數學》10卷[1880]等。在這些譯著中,創造了許多數學名詞和術語,至今仍在應用。
1898年建立京師大學堂,同文館並入。1905年廢除科舉,建立西方式學校教育,使用的課本也與西方其他各國相仿。
近現代數學發展時期
這一時期是從20世紀初至今的一段時間,常以1949年新中國成立為標志劃分為兩個階段。
中國近現代數學開始於清末民初的留學活動。較早出國學習數學的有1903年留日的馮祖荀,1908年留美的鄭之蕃,1910年留美的胡明復和趙元任,1911年留美的姜立夫,1912年留法的何魯,1913年留日的陳建功和留比利時的熊慶來[1915年轉留法],1919年留日的蘇步青等人。他們中的多數回國後成為著名數學家和數學教育家,為中國近現代數學發展做出重要貢獻。其中胡明復1917年取得美國哈佛大學博士學位,成為第一位獲得博士學位的中國數學家。1920年姜立夫在天津南開大學創建數學系,1921年和1926年熊慶來分別在東南大學[今南京大學]和清華大學建立數學系,不久武漢大學、齊魯大學、浙江大學、中山大學陸續設立了數學系,到1932年各地已有32所大學設立了數學系或數理系。1930年熊慶來在清華大學首創數學研究部,開始招收研究生,陳省身、吳大任成為國內最早的數學研究生。三十年代出國學習數學的還有江澤涵[1927]、陳省身[1934]、華羅庚[1936]、許寶騄[1936]等人,他們都成為中國現代數學發展的骨幹力量。同時外國數學家也有來華講學的,例如英國的羅素[1920],美國的伯克霍夫[1934]、奧斯古德[1934]、維納[1935],法國的阿達馬[1936]等人。1935年中國數學會成立大會在上海召開,共有33名代表出席。
但
趙爽是三國時期吳人,在中國歷史上他是最早對數學定理和公式進行證明的數學家之一,其學術成就體現於對《周髀算經》的闡釋。在《勾股圓方圖注》中,他還用幾何方法證明了勾股定理,其實這已經體現「割補原理」的方法。用幾何方法求解二次方程也是趙爽對中國古代數學的一大貢獻。三國時期魏人劉徽則注釋了《九章算術》,其著作《九章算術注》不僅對《九章算術》的方法、公式和定理進行一般的解釋和推導,而且系統地闡述了中國傳統數學的理論體系與數學原理,並且多有創造。其發明的「割圓術」(圓內接正多邊形面積無限逼近圓面積),為圓周率的計算奠定了基礎,同時劉徽還算出圓周率的近似值——「3927/1250(3.1416)」。他設計的「牟合方蓋」的幾何模型為後人尋求球體積公式打下重要基礎。在研究多面體體積過程中,劉徽運用極限方法證明了「陽馬術」。另外,《海島算經》也是劉徽編撰的一部數學論著
祖沖之、祖暅父子的工作在這一時期最具代表性。他們著重進行數學思維和數學推理,在前人劉徽《九章算術注》的基礎上前進了一步。根據史料記載,其著作《綴術》(已失傳)取得如下成就:①圓周率精確到小數點後第六位,得到3.1415926<π<3.1415927,並求得π的約率為22/7,密率為355/113,其中密率是分子分母在1000以內的最佳值;歐洲直到16世紀德國人鄂圖(Otto)和荷蘭人安托尼茲(Anthonisz)才得出同樣結果。②祖暅在劉徽工作的基礎上推導出球體體積公式,並提出二立體等高處截面積相等則二體體積相等(「冪勢既同則積不容異」)定理;歐洲17世紀義大利數學家卡瓦列利(Cavalieri)才提出同一定理……祖氏父子同時在天文學上也有一定貢獻。
從公元11世紀到14世紀的宋、元時期,是以籌算為主要內容的中國古代數學的鼎盛時期,其表現是這一時期涌現許多傑出的數學家和數學著作。中國古代數學以宋、元數學為最高境界。在世界范圍內宋、元數學也幾乎是與阿拉伯數學一道居於領先集團的。
賈憲在《黃帝九章演算法細草》中提出開任意高次冪的「增乘開方法」,同樣的方法至1819年才由英國人霍納發現;賈憲的二項式定理系數表與17世紀歐洲出現的「巴斯加三角」是類似的。遺憾的是賈憲的《黃帝九章演算法細草》書稿已佚。
秦九韶是南宋時期傑出的數學家。1247年,他在《數書九章》中將「增乘開方法」加以推廣,論述了高次方程的數值解法,並且例舉20多個取材於實踐的高次方程的解法(最高為十次方程)。16世紀義大利人菲爾洛才提出三次方程的解法。另外,秦九韶還對一次同餘式理論進行過研究。
公元1261年,南宋楊輝(生卒年代不詳)在《詳解九章演算法》中用「垛積術」求出幾類高階等差級數之和。公元1274年他在《乘除通變本末》中還敘述了「九歸捷法」,介紹了籌算乘除的各種運演算法。公元1280年,元代王恂、郭守敬等制訂公元1303年,元代朱世傑(生卒年代不詳)著《四元玉鑒》,他把「天元術」推廣為「四元術」(四元高次聯立方程),並提出消元的解法,歐洲到公元1775年法國人別朱(Bezout)才提出同樣的解法。朱世傑還對各有限項級數求和問題進行了研究,在此基礎上得出了高次差的內插公式,歐洲到公元1670年英國人格里高利(Gregory)和公元1676一1678年間牛頓(Newton)才提出內插法的一般公式。
明代珠算開始普及於中國。1592年程大位編撰的《直指演算法統宗》是一部集珠算理論之大成的著作。但是有人認為,珠算的普及是抑制建立在籌算基礎之上的中國古代數學進一步發展的主要原因之一。
Ⅸ 數學發展的歷史
很難確切地說數學發生在何時何地。
人類最初的數和形的觀念,可以遠溯到舊石器時代,在這個時期的數十萬年時間內,人類那時還處在穴居狀態,生活和動物相差不多。以後隨著人類為了生存,需要尋找賴以生存的食物,於是就有打漁和狩獵等活動,在圍獵與生存的斗爭中,人類逐步發展了語言和早期的繪畫,這加強了人類的相互交往與聯絡感情,有了一些簡單的思維形式,但在這樣一個漫長的時期中,還沒有文字,庚談不上數學的概念。
直到距今大約一萬年以前,當時覆蓋在亞洲、歐洲的水源開始融化,地球上出現了森林和沙漠,於是尋找生存的食物和游牧生活也就慢慢地結束了,漁人和獵人逐漸在土地上定居下來,成為原始的靠農業生存的原始的農人,在水草豐滿的牧區,當然也招引了大批的游牧民,從事畜牧業成為早期的牧民,在沿海一帶,人類逐漸聚居,從事航運和貿易的事業。人類的勞動逐漸地形成了一些區分,從僅僅為生存而採集食物到主動向自然界開挖潛力,發展農業、漁業、畜牧業和其它的各項生產,人類從此進入了新石器時代。
游牧民族為了確定季節,首先需要從天象來找到答案,天文學就成為一種不可缺少的需要,而天文學只有藉助數學才能發展。因為天文學是一門以科學方法研究日月星辰的學問。數千年前,居住在現金伊拉克地方的人們深信,行星是法力高強的神祗,會主宰人的生活,認為將他們在天空中運行的情形卻是記錄下來,對人類生活關系非常重要,因此近乎狂熱地對天體進行觀測,研究天文學。在我國由於農業和畜牧業的發展需要,特別是農作物的下種、收獲,需要通過天象觀測來制訂歷法,在世界上還從來沒有一個國家象我國那樣,從研究天文開始,制訂了一百多種歷法,實際使用過的也有四十多種,而歷法的制訂,沒有數學的觀測計算是不行的。
因此,古代的巴比倫人和加爾底亞人以及居住在中國土地上的中國人,就產生了最早的天文學家、歷法家和數學家,在我國,不少歷法家實際上也是數學家,象劉徽、祖沖之等
由於農業、畜牧業、漁業等生產的發展,促進了貿易的發展,於是商業自然產生,帶來了貨幣制度,計數、計量、進位制,有了數字、計算工具與計算方法,算術就逐步形成。
恩格斯很概括地說明了數學的起源:數學是從人的需要中產生的,是從丈量土地和測量容積,從計算時間和製造器皿產生的。
陳 景 潤( 1933 ~ )
數學家, 中 國 科 學 院 院 士。 1933 年 5 月 22 日 生 於 福 建 福 州。 1953 年 畢 業 於 廈 門 大 學 數 學 系。 1957 年 進 入 中 國 科 學 院 數 學 研 究 所 並 在 華 羅 庚 教 授 指 導 下 從事 數 論 方 面 的 研 究。 歷 任 中 國 科 學 院 數 學 研 究 所 研 究 員、 所 學 術 委 員 會 委 員 兼 貴 陽 民 族 學 院、 河南 大 學、 青 島 大 學、 華 中 工 學 院、 福 建 師 范 大 學 等 校 教 授, 國 家 科 委 數 學 學 科 組 成 員, 《數 學 季 刊》主 編 等 職。 主 要 從 事 解 析 數 論 方 面 的 研 究, 並 在 哥 德 巴 赫 猜 想 研 究 方 面 取 得 國 際 領 先 的 成 果。 這一 成 果 國 際 上 譽 為 「陳 氏 定 理」, 受 到 廣 泛 引 用。 這 項 工 作, 使 之 與 王 元 教 授、 潘 承 洞 教 授 共 同 獲得 1978 年 國 家 自 然 科 學 獎 一 等 獎。 其 後 對 上 述 定 理 又 作 了 改 進, 並 於 1979 年 初 完 成 論 文 《算 術級 數 中 的 最 小 素 數》, 將 最 小 素 數 從 原 有 的 80 推 進 到 16 , 受 到 國 際 數 學 界 好 評。 對 組 合 數 學 與現 代 經 濟 管 理、 科 學 實 驗、 尖 端 技 術、 人 類 生 活 密 切 關 系 等 問 題 也 作 了 研 究。 發 表 研 究 論 文 70 余篇, 並 有 《數 學 趣 味 談》、 《組 合 數 學》 等 著 作。
華 羅 庚( 1910 ~ 1985 )
數 學 家, 中 國 科 學 院 院 士。 1910 年 11 月 12 日 生 於 江 蘇金 壇, 1985 年 6 月 12 日 卒 於 日 本 東 京。
1924 年 金 壇 中 學 初 中 畢 業, 後 刻 苦 自 學。 1930 年 後 在 清 華 大 學 任 教。 1936 年 赴 英 國 劍 橋 大 學 訪 問、 學 習。 1938 年 回 國 後 任 西 南 聯 合 大 學 教 授。 1946 年 赴 美 國, 任 普林 斯 頓 數 學 研 究 所 研 究 員、 普 林 斯 頓 大 學 和 伊 利 諾 斯 大 學 教 授, 1950 年 回 國。 歷 任 清 華 大 學 教授, 中 國 科 學 院 數 學 研 究 所、 應 用 數 學 研 究 所 所 長、 名 譽 所 長, 中 國 數 學 學 會 理 事 長、 名 譽 理 事 長,全 國 數 學 競 賽 委 員 會 主 任, 美 國 國 家 科 學 院 國 外 院 士, 第 三 世 界 科 學 院 院 士, 聯 邦 德 國 巴 伐 利 亞科 學 院 院 士, 中 國 科 學 院 物 理 學 數 學 化 學 部 副 主 任、 副 院 長、 主 席 團 成 員, 中 國 科 學 技 術 大 學 數學 系 主 任、 副 校 長, 中 國 科 協 副 主 席, 國 務 院 學 位 委 員 會 委 員 等 職。 曾 任 一 至 六 屆 全 國 人 大 常 務委 員, 六 屆 全 國 政 協 副 主 席。 曾 被 授 予 法 國 南 錫 大 學、 香 港 中 文 大 學 和 美 國 伊 利 諾 斯 大 學 榮 譽 博士 學 位。 主 要 從 事 解 析 數 論、 矩 陣 幾 何 學、 典 型 群、 自 守 函 數 論、 多 復 變 函 數 論、 偏 微 分 方 程、 高 維數 值 積 分 等 領 域 的 研 究 與 教 授 工 作 並 取 得 突 出 成 就。 40 年 代, 解 決 了 高 斯 完 整 三 角 和 的 估 計 這一 歷 史 難 題, 得 到 了 最 佳 誤 差 階 估 計 (此 結 果 在 數 論 中 有 著 廣 泛 的 應 用); 對 G.H.哈 代 與 J.E.李特 爾 伍 德 關 於 華 林 問 題 及 E.賴 特 關 於 塔 里 問 題 的 結 果 作 了 重 大 的 改 進, 至 今 仍 是 最 佳 紀 錄。
在 代 數 方 面, 證 明 了 歷 史 長 久 遺 留 的 一 維 射 影 幾 何 的 基 本 定 理; 給 出 了 體 的正 規 子 體 一 定 包 含 在 它 的 中 心 之 中 這 個 結 果 的 一 個 簡 單 而 直 接 的 證 明, 被 稱 為 嘉 當-布 饒 爾-華 定 理。其 專 著 《堆 壘 素 數 論》 系 統 地 總 結、 發 展 與 改 進 了 哈 代 與 李 特 爾 伍 德圓 法、 維 諾 格 拉 多 夫 三 角 和 估 計 方 法 及 他 本 人 的 方 法, 發 表 40 余 年 來 其 主 要 結 果 仍 居 世 界 領 先地 位, 先 後 被 譯 為 俄、 匈、 日、 德、 英 文 出 版, 成 為 20 世 紀 經 典 數 論 著 作 之 一。 其 專 著 《多 個 復 變 典型 域 上 的 調 和 分 析》 以 精 密 的 分 析 和 矩 陣 技 巧, 結 合 群 表 示 論, 具 體 給 出 了 典 型 域 的 完 整 正 交 系,從 而 給 出 了 柯 西 與 泊 松 核 的 表 達 式。 這 項 工 作 在 調 和 分 析、 復 分 析、 微 分 方 程 等 研 究 中 有 著 廣 泛深 入 的 影 響, 曾 獲 中 國 自 然 科 學 獎 一 等 獎。 倡 導 應 用 數 學 與 計 算 機 的 研 制, 曾 出 版 《統 籌 方 法 平話》、 《優 選 學》 等 多 部 著 作 並 在 中 國 推 廣 應 用。 與 王 元 教 授 合 作 在 近 代 數 論 方 法 應 用 研 究 方 面 獲重 要 成 果, 被 稱 為 「華-王 方 法」。 在 發 展 數 學 教 育 和 科 學 普 及 方 面 做 出 了 重 要 貢 獻。 發 表 研 究 論 文 200 多 篇, 並 有 專 著 和 科 普 性 著 作 數 十 種.