1. 数学发展的历史
很难确切地说数学发生在何时何地。
人类最初的数和形的观念,可以远溯到旧石器时代,在这个时期的数十万年时间内,人类那时还处在穴居状态,生活和动物相差不多。以后随着人类为了生存,需要寻找赖以生存的食物,于是就有打渔和狩猎等活动,在围猎与生存的斗争中,人类逐步发展了语言和早期的绘画,这加强了人类的相互交往与联络感情,有了一些简单的思维形式,但在这样一个漫长的时期中,还没有文字,庚谈不上数学的概念。
直到距今大约一万年以前,当时覆盖在亚洲、欧洲的水源开始融化,地球上出现了森林和沙漠,于是寻找生存的食物和游牧生活也就慢慢地结束了,渔人和猎人逐渐在土地上定居下来,成为原始的靠农业生存的原始的农人,在水草丰满的牧区,当然也招引了大批的游牧民,从事畜牧业成为早期的牧民,在沿海一带,人类逐渐聚居,从事航运和贸易的事业。人类的劳动逐渐地形成了一些区分,从仅仅为生存而采集食物到主动向自然界开挖潜力,发展农业、渔业、畜牧业和其它的各项生产,人类从此进入了新石器时代。
游牧民族为了确定季节,首先需要从天象来找到答案,天文学就成为一种不可缺少的需要,而天文学只有借助数学才能发展。因为天文学是一门以科学方法研究日月星辰的学问。数千年前,居住在现金伊拉克地方的人们深信,行星是法力高强的神祗,会主宰人的生活,认为将他们在天空中运行的情形却是记录下来,对人类生活关系非常重要,因此近乎狂热地对天体进行观测,研究天文学。在我国由于农业和畜牧业的发展需要,特别是农作物的下种、收获,需要通过天象观测来制订历法,在世界上还从来没有一个国家象我国那样,从研究天文开始,制订了一百多种历法,实际使用过的也有四十多种,而历法的制订,没有数学的观测计算是不行的。
因此,古代的巴比伦人和加尔底亚人以及居住在中国土地上的中国人,就产生了最早的天文学家、历法家和数学家,在我国,不少历法家实际上也是数学家,象刘徽、祖冲之等
由于农业、畜牧业、渔业等生产的发展,促进了贸易的发展,于是商业自然产生,带来了货币制度,计数、计量、进位制,有了数字、计算工具与计算方法,算术就逐步形成。
恩格斯很概括地说明了数学的起源:数学是从人的需要中产生的,是从丈量土地和测量容积,从计算时间和制造器皿产生的。
陈 景 润( 1933 ~ )
数学家, 中 国 科 学 院 院 士。 1933 年 5 月 22 日 生 于 福 建 福 州。 1953 年 毕 业 于 厦 门 大 学 数 学 系。 1957 年 进 入 中 国 科 学 院 数 学 研 究 所 并 在 华 罗 庚 教 授 指 导 下 从事 数 论 方 面 的 研 究。 历 任 中 国 科 学 院 数 学 研 究 所 研 究 员、 所 学 术 委 员 会 委 员 兼 贵 阳 民 族 学 院、 河南 大 学、 青 岛 大 学、 华 中 工 学 院、 福 建 师 范 大 学 等 校 教 授, 国 家 科 委 数 学 学 科 组 成 员, 《数 学 季 刊》主 编 等 职。 主 要 从 事 解 析 数 论 方 面 的 研 究, 并 在 哥 德 巴 赫 猜 想 研 究 方 面 取 得 国 际 领 先 的 成 果。 这一 成 果 国 际 上 誉 为 “陈 氏 定 理”, 受 到 广 泛 引 用。 这 项 工 作, 使 之 与 王 元 教 授、 潘 承 洞 教 授 共 同 获得 1978 年 国 家 自 然 科 学 奖 一 等 奖。 其 后 对 上 述 定 理 又 作 了 改 进, 并 于 1979 年 初 完 成 论 文 《算 术级 数 中 的 最 小 素 数》, 将 最 小 素 数 从 原 有 的 80 推 进 到 16 , 受 到 国 际 数 学 界 好 评。 对 组 合 数 学 与现 代 经 济 管 理、 科 学 实 验、 尖 端 技 术、 人 类 生 活 密 切 关 系 等 问 题 也 作 了 研 究。 发 表 研 究 论 文 70 余篇, 并 有 《数 学 趣 味 谈》、 《组 合 数 学》 等 著 作。
华 罗 庚( 1910 ~ 1985 )
数 学 家, 中 国 科 学 院 院 士。 1910 年 11 月 12 日 生 于 江 苏金 坛, 1985 年 6 月 12 日 卒 于 日 本 东 京。
1924 年 金 坛 中 学 初 中 毕 业, 后 刻 苦 自 学。 1930 年 后 在 清 华 大 学 任 教。 1936 年 赴 英 国 剑 桥 大 学 访 问、 学 习。 1938 年 回 国 后 任 西 南 联 合 大 学 教 授。 1946 年 赴 美 国, 任 普林 斯 顿 数 学 研 究 所 研 究 员、 普 林 斯 顿 大 学 和 伊 利 诺 斯 大 学 教 授, 1950 年 回 国。 历 任 清 华 大 学 教授, 中 国 科 学 院 数 学 研 究 所、 应 用 数 学 研 究 所 所 长、 名 誉 所 长, 中 国 数 学 学 会 理 事 长、 名 誉 理 事 长,全 国 数 学 竞 赛 委 员 会 主 任, 美 国 国 家 科 学 院 国 外 院 士, 第 三 世 界 科 学 院 院 士, 联 邦 德 国 巴 伐 利 亚科 学 院 院 士, 中 国 科 学 院 物 理 学 数 学 化 学 部 副 主 任、 副 院 长、 主 席 团 成 员, 中 国 科 学 技 术 大 学 数学 系 主 任、 副 校 长, 中 国 科 协 副 主 席, 国 务 院 学 位 委 员 会 委 员 等 职。 曾 任 一 至 六 届 全 国 人 大 常 务委 员, 六 届 全 国 政 协 副 主 席。 曾 被 授 予 法 国 南 锡 大 学、 香 港 中 文 大 学 和 美 国 伊 利 诺 斯 大 学 荣 誉 博士 学 位。 主 要 从 事 解 析 数 论、 矩 阵 几 何 学、 典 型 群、 自 守 函 数 论、 多 复 变 函 数 论、 偏 微 分 方 程、 高 维数 值 积 分 等 领 域 的 研 究 与 教 授 工 作 并 取 得 突 出 成 就。 40 年 代, 解 决 了 高 斯 完 整 三 角 和 的 估 计 这一 历 史 难 题, 得 到 了 最 佳 误 差 阶 估 计 (此 结 果 在 数 论 中 有 着 广 泛 的 应 用); 对 G.H.哈 代 与 J.E.李特 尔 伍 德 关 于 华 林 问 题 及 E.赖 特 关 于 塔 里 问 题 的 结 果 作 了 重 大 的 改 进, 至 今 仍 是 最 佳 纪 录。
在 代 数 方 面, 证 明 了 历 史 长 久 遗 留 的 一 维 射 影 几 何 的 基 本 定 理; 给 出 了 体 的正 规 子 体 一 定 包 含 在 它 的 中 心 之 中 这 个 结 果 的 一 个 简 单 而 直 接 的 证 明, 被 称 为 嘉 当-布 饶 尔-华 定 理。其 专 著 《堆 垒 素 数 论》 系 统 地 总 结、 发 展 与 改 进 了 哈 代 与 李 特 尔 伍 德圆 法、 维 诺 格 拉 多 夫 三 角 和 估 计 方 法 及 他 本 人 的 方 法, 发 表 40 余 年 来 其 主 要 结 果 仍 居 世 界 领 先地 位, 先 后 被 译 为 俄、 匈、 日、 德、 英 文 出 版, 成 为 20 世 纪 经 典 数 论 著 作 之 一。 其 专 著 《多 个 复 变 典型 域 上 的 调 和 分 析》 以 精 密 的 分 析 和 矩 阵 技 巧, 结 合 群 表 示 论, 具 体 给 出 了 典 型 域 的 完 整 正 交 系,从 而 给 出 了 柯 西 与 泊 松 核 的 表 达 式。 这 项 工 作 在 调 和 分 析、 复 分 析、 微 分 方 程 等 研 究 中 有 着 广 泛深 入 的 影 响, 曾 获 中 国 自 然 科 学 奖 一 等 奖。 倡 导 应 用 数 学 与 计 算 机 的 研 制, 曾 出 版 《统 筹 方 法 平话》、 《优 选 学》 等 多 部 著 作 并 在 中 国 推 广 应 用。 与 王 元 教 授 合 作 在 近 代 数 论 方 法 应 用 研 究 方 面 获重 要 成 果, 被 称 为 “华-王 方 法”。 在 发 展 数 学 教 育 和 科 学 普 及 方 面 做 出 了 重 要 贡 献。 发 表 研 究 论 文 200 多 篇, 并 有 专 著 和 科 普 性 著 作 数 十 种.
2. “数学的发展史”研究性学习报告
研究报告
开放分类: 学术
课 题 研 究 报 告 写 作 格 式 简 介
第一部分 a引言; b慨述; c研究背景和意义; d研究方法和角常; e研究对象与方法;
第二部分 a研究结果; b研究内容及主要成果; c探讨与认识; d现状与问题; e分析与讨论
第三部分 a结论; b结论与建议; c研究结论和说明; d建议和展望; e问题与对策;
一、研究报告论文撰写的意义
研究报告和论文是:
1、研究者思想发展的忠实记录
2、课题研究水平和价值高低的标志。
3、进行学术交流和科研成果推广的重要形式。(跨越时空)
4、深化原有研究成果、提高自己研究水平、发展自己的研究能力的又一次重要实践活动。
二、研究报告的类型和结构
(一)类型
1、实证性研究报告
2、文献性研究报告
3、理论性研究报告
(二)结构
题目、署名、内容提要和关键词、前言、正文、结论、注释和参考文献、附录
1、实证性研究报告:如教育调查报告、实验报告、经验总结报告等。主要是用事实说明问题,材料力求具体典型,翔实可靠、格式规范。这类报告要求通过有关资料、数据及典型事例的介绍和分析,总结经验,找出规律,指出问题,提出建议。这种研究报告既注重理论,又重视实践,往往跟接触性的研究方法有关。
2、文献性研究报告:主要以文献情报资料作为研究材料,以非接触性研究方法为主,以文献的考证、分析、比较、综合为主要内容,着重研究教育领域某一方面的信息、进展、动态,以述评、综述类文章为主要表达形式。一般在教育史学、文献评论研究中用得较多。
3、理论性研究报告:狭义上的论文。以阐述对某一事物、某一问题的理论认识为主要内容,重在研究对象本质及规律性认识的研究。独特的看法、创新的见解、深刻的哲理、严密的逻辑和个性化的语言风格是其内在特点。理论性研究报告没有实证研究过程,因此对研究者的逻辑分析能力和思维水平有较高的要求,同时还要具有较高的专业理论素养。
论文有三个最基本的要素:一为论题,即真实性将被验证(论证)的命题、观点。论题的主要来源就是研究课题提出的假设及研究对假设验证的结果。论文最终是要论证论题的真实性而提出明确的论点。二为论据,即证明论题真实性的依据。论据的来源应该是研究过程所获得的信度、效度高的事实材料包括定性和定量的材料。三为论证,即以论据证明论题的论述过程。论证是文章的结构层次、材料组织的逻辑性和严密性、文章思想观点的正确性和科学性与深刻性、语言表达的准确性、有效性和技巧等各方面的综合体现。
论文与实证性研究报告有区别,它一般将科研工作中最主要,最精彩和具有创造性的内容和结果加以提炼,用较简明精炼的语言加以表达,论文不包括过多的具体研究方法和过程,而更强调内容的创新和学术价值。任何研究课题的成果都可以用论文来表达。
三、写作内容和要求
(一)题目
1、题目的内容
类型、定位、作用
2、写作要求
标题要准确
标题要新颖
题式可多样
标题要简洁
(二)署 名
1、署名的方式
集体署名
个人署名
2、署名的规则
贡献大小:提出研究设想、承担研究工作、解决关键问题。
惯例
(三)内容提要和关键词
(四)前言
(三)内容提要关键词
1、内容摘要:中心内容、结构及主要论点和评述;要求重点突出,内容精练,观点明确、一般不用第一人称,以200---300字为宜。学术论文也不宜超过1000字,有关刊物要有中英文摘要。
2、关键词:必须是规范科学的名词术语,一般每篇文章有3~5个关键词(主题词)。属于支柱性概念。
(四)前言
1、内容:问题的由来;文献综述:课题的界定(概念术语的解释)及问题的陈述;课题研究的理论意义和实践意义。
2、写作要求:课题阐述要清楚准确,中心突出;客观公正、科学准确评价他人的研究成果;简明扼要介绍课题研究的动机和意义。
(五)正文
1、内容:它必须对研究的内容和方法进行全面的阐述和论证,对研究过程中所获取的资料进行全面系统的整理和分析,通过图表、统计结果及文献资料,或以纵向的发展过程,或横向类别分析提出论点、分析论据,进行论证。
研究报告又分:1、研究的对象和方法 2、研究的内容和假设 3、研究的步骤及过程 4、研究结果的分析与讨论:研究报告的重点部分。A. 结果的定性定量分析,B.研究结果的讨论 。
结果分析与讨论材料缺乏的原因
研究设计缺乏一种系统观,讨论问题思路狭隘
操作过程不够到位,操作措施不够落实,就产生不了深刻的感受和体验
文献资料检索不够,对他人的研究研究缺乏了解,对自己结果的讨论就缺乏客观性、支持的力度
反映结果的项目指标难以确定
测量的方法与手段较难选择
数据的处理与分析要求不断提高
结果分析与讨论对研究者理论素养和洞察力要求较高
对下一步的研究提不出发展的方向。
2、写作要求
2、写作要求:
总体要求:科学性和创造性;公正性和准确性;学术性和通俗性。
具体要求有:1、掌握材料要充分。2、分析整理要科学。3、图表使用要恰当。4、观点材料要统一。5、语言使用要规范。正确区分学术概念和生活概念,口头语言和书面语言。6、引用论点要慎重。与已一致,佐证;他人观点中某些好思想,提练综合;带有片面性的真理,开拓思维、慎重判断;相反的权威观点,找准错误所在。(引古不引今,引洋不引中,引刊不引报,引专著不引文集)7、内部逻辑要严密。8、标题序号要规范。9、讨论部分要简练。
(六)结论、(七)注释和参考文献、(八)附录
(六)结论
1、内容:整篇报告的概括和小结。成果概括(结论必须指出解决了哪些问题、还有哪些没有解决?);今后研究的展望;对教育教学实践的建议等
2、要求:总结全文,深化主题,揭示规律,指明方向。
(七)注释和参考文献
1、内容:书籍、刊物、报纸、网络
2、要求:完整注明出处
(八)附录:问卷、量表、研究材料、统计数据、方案、计划等
四、研究报告和论文撰写
(一)影响研究报告和论文质量的因素
1、研究工作本身
2、研究者的哲学水平和研究素养
3、语言表达能力和写作水平
(二)写作步骤
1、确定成果类型及主题——定位。
2、谋篇构思,拟定写作提纲。
多学科多角度全面分析研究内容,形成尽可能完整的内容框架体系。(放)
选取三特(特长、特色、特点)进行创造性构思,突出重点难点,围绕中心论点进行系统梳理。(收)
照顾文章结构比例的匀称性,进行适当的内容调整。
拟定写作提纲:句子提纲、标题提纲、段落提纲、图表式提纲。
3、初稿写作
1)有话想说
2)无话可说
忘
回
跳
3)有话能说
4、修改定稿
1)关注三类问题:
全局性问题
局部性问题
细节性问题
2) 修改方法:
存放-冷却-补正修改法
边写边改-气呵成法
同行交流-导师点评-自我修改法。
五、文章的类型和投稿策略
(一)文章的类型
抄
凑
合
流
(二)投稿的策略:
1、了解杂志特色:编辑方向、体裁风格、开设栏目、作者群体
2、因稿论嫁,从一而终;多次强化,终结善果。
3、集中一点,挖深挖透,成小专家,专家小成。
六、教师在研究写作过程中出现的问题
一)选题:
过大、过空、过泛,缺乏实效性
追风现象明显
命题作文、应景作文现象明显,敷衍应付行为居多
二)写作
文章类型体裁选择定位不准确;
破题困难,不能抓住切入点和结合点契合点
中心不明确,重点不突出
概念界定不清晰,划分不统一、不穷尽;基本概念术语理解不透,空话套话比较多,胡乱套用现象明显;
缺乏系统观和整体观,思维方式满足于简单的罗列和枚举,出现跳跃性思维、游走式思维,脚踩西瓜皮,滑到那儿算那儿;
结构混乱,思路不清;理论推导缺乏,理论体系构建困难;
局限于个人的体验和感受,跟着感觉走;没有将理论与实践进行有意的印证,出现理论与实践分离,论点和案例脱节的现象,且缺乏对案例的必要分析;
资料收集、综合分析意识淡漠;收集不全面充分,观点材料不统一;
材料取舍比较困难;数据处理不科学,分析水平比较简单原始;
治学态度不严谨,结论推断比较随意,缺乏足够必要的实证研究数据支撑,往往凭感觉经验下结论;
语言拼凑痕迹明显,一味追求对仗工整,明显有文学化倾向;语言表达不流畅;标题冗长,不够简洁明了
原因
理论学习动力不足,没有真下功夫;存在知识性缺陷,忽略条件性和方法性知识的学习
理论底蕴不扎实,综合分析能力欠缺;手段、措施——条件——目标之间缺乏合理构建,应然与实然、理念、经验与行为之间缺乏必要的联结;
研究动态现状了解不够;难以把握研究的重点难点和关键;很难抓住源头问题做文章;容易出现重心偏移、定位不准的现象;
对自身教学经验反思不够,理论与经验的契合点抓不准;经验不能升华为理论;
研究设计不科学、过程不落实,操作随意性大,缺乏具体的抓手、切实可行的措施。
怎样撰写教育科学研究报告
(一)教育科学研究报告的类型
教育科学研究报告是教育科学研究成果的重要表现形式,也是揭示教育规律的主要形式。
教育科学研究报告就其内容和写作形式分为:论述性研究报告、描述性研究报告、实证性或实验性研究报告和文献资料研究报告等四个类别。
论述性研究报告:这是一种旨在阐明研究对象的本质及其规律性的研究报告。
描述性研究报告:这是一种旨在说明研究对象是什么,发生了什么的研究报告。
实证性、实验性研究报告:这是一种旨在用事实说明现象或事物之间相互关系,互为因果,以及现象为什么发生,怎么能发生的研究报告。
文献资料研究报告:这是一种旨在以口头、文字、音像等资料为基础,分析、辨明某一方面研究的信息、水平、进程、争议、趋势等的研究报告。
(二)教育科学研究报告的基本组成部分
l、全文提要:提要就是研究工作的概述;必须能够准确地反映报告的内容和目的,文字清晰易读,要力求忠实于报告,并要避免评述。其字数以250-300字为适宜,至多也不要超过600字。
2、研究的目的和意义。
3、研究工作的简单过程。
4、研究的对象、范围和方法等。
5、国内外前人这个问题上,所做的工作情况简介。
6、研究结果的分析,这一部分是报告的核心,它的撰写工作,要根据研究的假设或研究的目的,作一番清晰描述,也就是对研究结果的描述。 这一部分除了用文字叙述外,还可借助图表的设计,把结果显示出来,从中可以更清晰、直观地体现重要的研究结果。
7、讨论:讨论就是对研究的分析是否恰当,不要之处。应提出修正。
8、结论:必须是根据充实的材料与分析的结果,说明结论的可靠度。
9、建议,除与教育科学研究论文的建议相同的要求外,还应注意两点。一是要根据研究的结论,针对研究的问题有头的现状,提出改革的建议,以供有头部门选择。建议的内容不能与报告的结论无关,否则便失去意义和价值。建议的表达方式,应留有余地,不要过于武断,或掺杂个人的情绪作用等。二是对进一步开展研究工作的建议,应指出进一步研究的必要性和可能性,未来的研究有待改进的地方,尚待深入研究的有关问题等,可为后人的研究,提供参考。
(三)撰写教育科研报告的几条基本原则
为了以个性透视共性,这里主要介绍实证性研究报告的写作,掌握了这类报告的“个性”,那末教育科学研究报告的“共性”也就不难领会了。
怎样撰写好实证性研究报告呢?下面先说几条基本原
1、谁要以事实为依据 研究报告中列举的全部数据和例子,都应该是千真万确的事实,绝不可有半点虚假,不能编造,不能无中生有。报告中对教育现象的因果关系分析,对教育原理和规律的探索,也都要以事实为依据。科学研究报告中的每一句带有判定性的话.都必须在足够的、可信的、有说服力的事实基础上得出。当然,科学研究报告中也必须把研究问题时所需要的大量事实材料跟撰写报告时应引用的最有说服力的事实材料区分开来。有些事实材料,如与研究的主题扣得不紧,应当忍痛割爱;有些事实材料,应当尽量制作成表格、图例以及其它直观形式。
2、内容的阐述有逻辑性 实证性研究报告的内容阐述与研究工作的逻辑发展顺序是大体一致的,为了确保研究报告的逻辑性,我们应当首先考虑整个研究工作的发展顺序,然后再考虑报告的表达方式。研究报告内容的逻辑性是整个研究思路逻辑性的写照,没有一个好的研究基础,好的科研报告是怎么也写不出来的。 科学研究报告必须绝对如实地反映客观情况,一切叙述、说明、推断、引用,必须恰如其分。文字、用词应力求准确。概念表述应尽量用科学性用语,避免用常识性用语,以免读者费解或产生歧义。当然,研究报告的文字也必须简单、明了、通顺、流畅,既要明白如话,又要把研究的效果准确地、科学地表达出来。
3、引用文献资料要注明出处 在教育科研报告中完全可以引用,采纳别人的科学研究成果,但必须尊重别人的劳动。一方面应实事求是地评价,实实在在地引用;另一方面,不应当把别人的成就变为自己的东西。所以在研究报告中凡有引用别人的材料、研究成果或观点性词语,必须加以注释或说明,以向读者示知成果界限。
3. 课题:数学的发展历史
算筹是中国古代的计算工具,真正意义上的中国古代数学体系形成于自西汉至南北朝的三、四百年期间。《算数书》成书于西汉初年,是传世的中国最早的数学专著,它是1984年由考古学家在湖北江陵张家山出土的汉代竹简中发现的。《周髀算经》编纂于西汉末年,它虽然是一本关于“盖天说”的天文学著作,但是包括两项数学成就——(1)勾股定理的特例或普遍形式(“若求邪至日者,以日下为句,日高为股,句股各自乘,并而开方除之,得邪至日。”——这是中国最早关于勾股定理的书面记载);(2)测太阳高或远的“陈子测日法”。
《九章算术》在中国古代数学发展过程中占有非常重要的地位。它经过许多人整理而成,大约成书于东汉时期。全书共收集了246个数学问题并且提供其解法,主要内容包括分数四则和比例算法、各种面积和体积的计算、关于勾股测量的计算等。在代数方面,《九章算术》在世界数学史上最早提出负数概念及正负数加减法法则;现在中学讲授的线性方程组的解法和《九章算术》介绍的方法大体相同。注重实际应用是《九章算术》的一个显著特点。该书的一些知识还传播至印度和阿拉伯,甚至经过这些地区远至欧洲。
九章算术》标志以筹算为基础的中国古代数学体系的正式形成。
中国古代数学在三国及两晋时期侧重于理论研究,其中以赵爽与刘徽为主要代表人物。
赵爽学术成就体现于对《周髀算经》的阐释。在《勾股圆方图注》中,他还用几何方法证明了勾股定理,其实这已经体现“割补原理”的方法。用几何方法求解二次方程也是赵爽对中国古代数学的一大贡献。三国时期魏人刘徽则注释了《九章算术》,其著作《九章算术注》不仅对《九章算术》的方法、公式和定理进行一般的解释和推导,而且系统地阐述了中国传统数学的理论体系与数学原理,并且多有创造。其发明的“割圆术”(圆内接正多边形面积无限逼近圆面积),为圆周率的计算奠定了基础,同时刘徽还算出圆周率的近似值——“3927/1250(3.1416)”。他设计的“牟合方盖”的几何模型为后人寻求球体积公式打下重要基础。在研究多面体体积过程中,刘徽运用极限方法证明了“阳马术”。另外,《海岛算经》也是刘徽编撰的一部数学论著。
南北朝是中国古代数学的蓬勃发展时期,计有《孙子算经》、《夏侯阳算经》、《张丘建算经》等算学著作问世。
祖冲之、祖暅父子的工作在这一时期最具代表性。他们着重进行数学思维和数学推理,在前人刘徽《九章算术注》的基础上前进了一步。根据史料记载,其著作《缀术》(已失传)取得如下成就:①圆周率精确到小数点后第六位,得到3.1415926<π<3.1415927,并求得π的约率为22/7,密率为355/113,其中密率是分子分母在1000以内的最佳值;欧洲直到16世纪德国人鄂图(Otto)和荷兰人安托尼兹(Anthonisz)才得出同样结果。②祖暅在刘徽工作的基础上推导出球体体积公式,并提出二立体等高处截面积相等则二体体积相等(“幂势既同则积不容异”)定理;欧洲17世纪意大利数学家卡瓦列利(Cavalieri)才提出同一定理……祖氏父子同时在天文学上也有一定贡献。
隋唐时期的主要成就在于建立中国数学教育制度,这大概主要与国子监设立算学馆及科举制度有关。在当时的算学馆《算经十书》成为专用教材对学生讲授。《算经十书》收集了《周髀算经》、《九章算术》、《海岛算经》等10部数学著作。所以当时的数学教育制度对继承古代数学经典是有积极意义的。
公元600年,隋代刘焯在制订《皇极历》时,在世界上最早提出了等间距二次内插公式;唐代僧一行在其《大衍历》中将其发展为不等间距二次内插公式。
从公元11世纪到14世纪的宋、元时期,是以筹算为主要内容的中国古代数学的鼎盛时期,其表现是这一时期涌现许多杰出的数学家和数学著作。中国古代数学以宋、元数学为最高境界。在世界范围内宋、元数学也几乎是与阿拉伯数学一道居于领先集团的。
贾宪在《黄帝九章算法细草》中提出开任意高次幂的“增乘开方法”,同样的方法至1819年才由英国人霍纳发现;贾宪的二项式定理系数表与17世纪欧洲出现的“巴斯加三角”是类似的。遗憾的是贾宪的《黄帝九章算法细草》书稿已佚。 秦九韶是南宋时期杰出的数学家。1247年,他在《数书九章》中将“增乘开方法”加以推广,论述了高次方程的数值解法,并且例举20多个取材于实践的高次方程的解法(最高为十次方程)。16世纪意大利人菲尔洛才提出三次方程的解法。另外,秦九韶还对一次同余式理论进行过研究。
李冶于1248年发表《测圆海镜》,该书是首部系统论述“天元术”(一元高次方程)的著作,在数学史上具有里程碑意义。尤其难得的是,在此书的序言中,李冶公开批判轻视科学实践活动,将数学贬为“贱技”、“玩物”等长期存在的士风谬论。
公元1261年,南宋杨辉(生卒年代不详)在《详解九章算法》中用“垛积术”求出几类高阶等差级数之和。公元1274年他在《乘除通变本末》中还叙述了“九归捷法”,介绍了筹算乘除的各种运算法。公元1280年,元代王恂、郭守敬等制订《授时历》时,列出了三次差的内插公式。郭守敬还运用几何方法求出相当于现在球面三角的两个公式。
公元1303年,元代朱世杰(生卒年代不详)著《四元玉鉴》,他把“天元术”推广为“四元术”(四元高次联立方程),并提出消元的解法,欧洲到公元1775年法国人别朱(Bezout)才提出同样的解法。朱世杰还对各有限项级数求和问题进行了研究,在此基础上得出了高次差的内插公式,欧洲到公元1670年英国人格里高利(Gregory)和公元1676一1678年间牛顿(Newton)才提出内插法的一般公式。
14世纪中、后叶明王朝建立以后,统治者奉行以八股文为特征的科举制度,在国家科举考试中大幅度消减数学内容,于是自此中国古代数学便开始呈现全面衰退之势。
明代珠算开始普及于中国。1592年程大位编撰的《直指算法统宗》是一部集珠算理论之大成的著作。但是有人认为,珠算的普及是抑制建立在筹算基础之上的中国古代数学进一步发展的主要原因之一。
由于演算天文历法的需要,自16世纪末开始,来华的西方传教士便将西方一些数学知识传入中国。数学家徐光启向意大利传教士利马窦学习西方数学知识,而且他们还合译了《几何原本》的前6卷(1607年完成)。徐光启应用西方的逻辑推理方法论证了中国的勾股测望术,因此而撰写了《测量异同》和《勾股义》两篇著作。邓玉函编译的《大测》〔2卷〕、《割圆八线表》〔6卷〕和罗雅谷的《测量全义》〔10卷〕是介绍西方三角学的著作。
此外在数学方面鲜有较大成就取得,中国古代数学自此便衰落了。
数学知识的原始积累
数学知识伴随着人类文明的产生而起源,并率先在几个文明古国开始了漫长的原始积累过程,人类的祖先为我们留下了珍贵的、可供研究的原始资料,最著名的古埃及象形文字纸草书和巴比伦楔形文字泥板书,较为集中地反映了古埃及数学和巴比的水平,它们被视为人类早期数学知识积累的代表。
古埃及纸草书,是用尼罗河流域沼泽地水生植物的茎皮压制、粘连成纸草卷,用天然涂料液书写而成的。有两份纸草书直接书写着数学内容。一份叫做“莫斯科纸草”,大约出自公元前1850年左右,它包括25个数学问题。这份纸草书于1893年被俄国人戈兰尼采夫买得,也称之为“戈兰尼采夫纸草”,现藏莫斯科美术博物馆。另一份叫做“莱因特纸草”,大约成书于公元前1650年左右,开头写有:“获知一切奥秘的指南”的字样,接着是作者阿默士从更早的文献中抄下来的85个数学问题。这份纸草书于1858年被格兰人莱因特购得,后为博物馆收藏。这两份草书是我们研究古埃及数学的重要资料,其内容丰富,记述了古埃及的记数法、整数四则运算、单位分数的独特用法、试位法、求几何图形的面积、体积问题,以及数学在生产、生活初中中的应用问题。
古巴比伦泥板书,是用截面呈三角形的利器作笔,在将干未干的胶泥板上刻写而成的,由于字体为楔形笔划,故称之为楔形文字泥板,从19世纪前期至今,相继出土了这种泥板有50万块之多。它们分别属于公元前2100年苏美尔文化末期,公元前1790年至公元前1600年间汉莫拉比时代和公元前600年至公元300年间新巴比伦帝国及随后的波斯、塞流西得时代。其中,大约有300至400块是数学泥板,数学泥板中又以数表居多,据信这些数学表是用来运算和解题的。这些古老的泥板,现在散藏于世界各地许多博物馆,并且被一一编号,成为我们研究巴比伦数学最可靠的资料。巴比伦数学从整体上讲比古埃及数学高明,古巴比伦人采用60进位制记数法,并计算出倒数表、平方表、立方表、平方根表和立方根表,其中2的平方根近似为1.414213...。巴比伦的代数有相当水平,他们用语言文字叙述方程问题及其解法,常用特殊的“长”、“宽”、“面积”等字眼表示未知量,除求解二次、三次方程的问题之外,也有一些数论性质的问题。巴比伦的几何似乎没有古埃及的几何那么重要,只是收罗了一些计算简单图形的面积、体积的法则,也许他们只是在解决实际问题时才搞点几何。此外,巴比伦数学中有很明显的商业、农业和天文的应用背景。
我们可以说,在人类早期数学知识积累过程中,由于计数物件的需要,产生了自然数,随着记数法的产生和发展,逐渐形成了运算,导致算术的产生;由于计量实物的需要,产生了简单的几何,随着农业、建筑业、手工业及天文观测的发展,逐渐积累了有关这些的基本性质和相互关系的经验知识,于是几何学萌芽了;由于商业计算、工程计算、天文的需要,在算术计算技巧的基础上,逐渐积累起代数学基本知识。但是,在这个阶段上,直到公元前6世纪,无论如何也找不到我们今天所谓的“理性的数学”,而只是一种初级的“经验的数学”。
表示一个多位数字时,采用十进位值制,各位值的数目从左到右排列,纵横相间[法则是:一纵十横,百立千僵,千、十相望,万、百相当],并以空位表示零。算筹为加、减、乘、除等运算建立起良好的条件。
在几何学方面《史记.夏本记》中说夏禹治水时已使用了规、矩、准、绳等作图和测量工具,并早已发现「勾三股四弦五」这个勾股定理[西方称毕氏定理]的特例。战国时期,齐国人著的《考工记》汇总了当时手工业技术的规范,包含了一些测量的内容,并涉及到一些几何知识,例如角的概念。
战国时期的百家争鸣也促进了数学的发展,一些学派还总结和概括出与数学有关的许多抽象概念。著名的有《墨经》中关於某些几何名词的定义和命题,例如:「圆,一中同长也」、「平,同高也」等等。墨家还给出有穷和无穷的定义。《庄子》记载了惠施等人的名家学说和桓团、公孙龙等辩者提出的论题,强调抽象的数学思想,例如「至大无外谓之大一,至小无内谓之小一」、「一尺之棰,日取其半,万世不竭」等。这些许多几何概念的定义、极限思想和其他数学命题是相当可贵的数学思想,但这种重视抽象性和逻辑严密性的新思想未能得到很好的继承和发展。
此外,讲述阴阳八卦,预言吉凶的《易经》已有了组合数学的萌芽,并反映出二进制的思想。
汉唐初创时期
这一时期包括从秦汉到隋唐1000多年间的数学发展,所经历的朝代依次为秦、汉、魏、晋、南北朝、隋、唐。
秦汉是中国古代数学体系的形成时期。为使不断丰富的数学知识系统化、理论化,数学方面的专书陆续出现。
西汉末年[公元前一世纪]编纂的天文学著作《周髀算经》在数学方面主要有两项成就:(1)提出勾股定理的特例及普遍形式;(2)测太阳高、远的陈子测日法,为后来重差术的先驱。此外,还有较复杂的开方问题和分数运算等。
《九章算术》是一部经几代人整理、删补和修订而成的古代数学经典著作,约成书於东汉初年[公元前一世纪]。全书采用问题集的形式编写,共收集了246个问题及其解法,分属於方田、粟米、衰分、少广、商功、均输、盈不足、方程和勾股九章。主要内容包括分数四则和比例算法、各种面积和体积的计算、关於勾股测量的计算等。在代数方面,《方程》章中所引入的负数概念及正负数加减法法则,在世界数学史上都是最早的记载;书中关於线性方程组的解法和现在中学讲授的方法基本相同。就《九章算术》的特点来说,它注重应用,注重理论联系实际,形成了以筹算为中心的数学体系,对中国古算影响深远。它的一些成就如十进位值制、今有术、盈不足术等还传到印度和阿拉伯,并通过这些国家传到欧洲,促进了世界数学的发展。
魏晋时期中国数学在理论上有了较大的发展。其中赵爽和刘徽的工作被认为是中国古代数学理论体系的开端。赵爽是中国古代对数学定理和公式进行证明的最早的数学家之一,对《周髀算经》做了详尽的注释。刘徽注释《九章算术》,不仅对原书的方法、公式和定理进行一般的解释和推导,且在论述过程中多有创新,更撰写《海岛算经》,应用重差术解决有关测量的问题。刘徽其中一项重要的工作是创立割圆术,为圆周率的研究工作奠定理论基础和提供了科学的算法。
南北朝时期的社会长期处於战争和分裂状态,但数学的发展依然蓬勃。《孙子算经》、《夏侯阳算经》、《张丘建算经》就是这个时期的作品。《孙子算经》给出「物不知数」问题,导致求解一次同余组问题;《张丘建算经》的「百鸡问题」引出三个未知数的不定方程组问题。 祖冲之、祖日桓父子的工作在这一时期最具代表性,他们在《九章算术》刘徽注的基础上,将传统数学大大向前推进了一步,成为重视数学思维和数学推理的典范。他们同时在天文学上也有突出的贡献。其著作《缀术》已失传,根据史料记载,他们在数学上主要有三项成就:(1)计算圆周率精确到小数点后第六位,得到3.1415926 <π< 3.1415927,并求得π的约率为22/7,密率为355/113;(2)得到祖 日桓定理[幂势既同,则积不容异]并得到球体积公式;(3)发展了二次与三次方程的解法。
唐朝在数学教育方面有长足的发展。656年国子监设立算学馆,设有算学博士和助教,由太史令李淳风等人编纂注释《算经十书》[包括《周髀算经》、《九章算术》、《海岛算经》、《孙子算经》、《张丘建算经》、《夏侯阳算经》、《缉古算经》、《五曹算经》、《五经算术》和《缀术》],作为算学馆学生用的课本。对保存古代数学经典起了重要的作用。
宋元全盛时期
唐朝亡后,五代十国仍是军阀混战的继续,直到北宋王朝统一了中国,农业、手工业、商业迅速繁荣,科学技术突飞猛进。从公元十一世纪到十四世纪[宋、元两代],筹算数学达到极盛,是中国古代数学空前繁荣,硕果累累的全盛时期。这一时期出现了一批著名的数学家和数学著作,列举如下:贾宪的《黄帝九章算法细草》[11世纪中叶],刘益的《议古根源》[12世纪中叶],秦九韶的《数书九章》[1247],李冶的《测圆海镜》[1248]和《益古演段》[1259],杨辉的《详解九章算法》[1261]、《日用算法》[1262]和《杨辉算法》[1274-1275],朱世杰的《算学启蒙》[1299]和《四元玉鉴》[1303]等等。
高次方程数值解法; 天元术与四元术,即高次方程的立法与解法,是中国数学史上首次引入符号,并用符号运算来解决建立高次方程的问题;
大衍求一术,即一次同余式组的解法,现在称为中国剩余定理;
招差术和垛积术,即高次内插法和高阶等差级数求和。
另外,其他成就包括勾股形解法新的发展、解球面直角三角形的研究、纵横图[幻方]的研究、小数[十进分数]具体的应用、珠算的出现等等。
这一时期民间数学教育也有一定的发展,以及中国和伊斯兰国家之间的数学知识的交流也得到了发展。
西学输入时期
这一时期从十四世纪中叶明王朝建立到二十世纪清代结束共500多年。数学除珠算外出现全面衰弱的局面,当中涉及到中算的局限、十三世纪的考试制度中已删减数学内容、明代大兴八段考试制度等复杂的问题,不少中外数学史家仍探讨当中涉及的原因。十六世纪末,西方初等数学开始传入中国,使中国数学研究出现了一个中西融合贯通的局面。鸦片战争后,近代高等数学开始传入中国,中国数学转入一个以学习西方数学为主的时期。直到十九世纪末,中国的近代数学研究才真正开始。
明代最大的成就是珠算的普及,出现了许多珠算读本,及至程大位的《直指算法统宗》[1592]问世,珠算理论已成系统,标志著从筹算到珠算转变的完成。但由於珠算流行,筹算几乎绝迹,建立在筹算基础上的古代数学也逐渐失传,数学出现长期停滞。
隋及唐初,印度数学和天文学知识曾传入中国,但影响较细。到了十六世纪末,西方传教士开始到中国活动,和中国学者合译了许多西方数学专著。其中第一部且有重大影响的是意大利传教士利马窦和徐光启合译的《几何原本》前6卷[1607],其严谨的逻辑体系和演译方法深受徐光启推崇。徐光启本人撰写的《测量异同》和《勾股义》便应用了《几何原本》的逻辑推理方法论证中国的勾股测望术。此外,《几何原本》课本中绝大部份的名词都是首创,且沿用至今。在输入的西方数学中仅次於几何的是三角学。在此之前,三角学只有零星的知识,而此后获得迅速发展。介绍西方三角学的著作有邓玉函编译的《大测》[2卷,1631]、《割圆八线表》[6卷]和罗雅谷的《测量全义》[10卷,1631]。在徐光启主持编译的《崇祯历书》[137卷,1629-1633]中,介绍了有关圆椎曲线的数学知识。
入清以后,会通中西数学的杰出代表是梅文鼎,他坚信中国传统数学「必有精理」,对古代名著做了深入的研究,同时又能正确对待西方数学,使之在中国扎根,对清代中期数学研究的高潮是有积极影响的。与他同时代的数学家还有王锡阐和年希尧等人。
清康熙帝爱好科学研究,他「御定」的《数理精蕴》[53卷,1723],是一部比较全面的初等数学书,对当时的数学研究有一定影响。
在研究传统数学时,许多数学家还有发明创造,例如有「谈天三友」之称的焦循、汪莱及李锐作出不少重要的工作。李善兰在《垛积比类》[约1859]中得到三角自乘垛求和公式,现在称之为「李善兰恒等式」。这些工作较宋元时期的数学进了一步。阮元、李锐等人编写了一部天文学家和数学家传记《畴人传》46卷[1795-1810],开数学史研究之先河。
1840年鸦战争后,闭关锁国政策被迫中止。同文馆内添设「算学」,上海江南制造局内添设翻译馆,由此开始第二次翻译引进的高潮。主要译者和著作有:李善兰与英国传教士伟烈亚力合译的《几何原本》后9卷[1857],使中国有了完整的《几何原本》中译本;《代数学》13卷[1859];《代微积拾级》18卷[1859]。李善兰与英国传教士艾约瑟合译《圆锥曲线说》3卷,华蘅芳与英国传教士傅兰雅合译《代数术》25卷[1872],《微积溯源》8卷[1874],《决疑数学》10卷[1880]等。在这些译著中,创造了许多数学名词和术语,至今仍在应用。
1898年建立京师大学堂,同文馆并入。1905年废除科举,建立西方式学校教育,使用的课本也与西方其他各国相仿。
近现代数学发展时期
这一时期是从20世纪初至今的一段时间,常以1949年新中国成立为标志划分为两个阶段。
中国近现代数学开始於清末民初的留学活动。较早出国学习数学的有1903年留日的冯祖荀,1908年留美的郑之蕃,1910年留美的胡明复和赵元任,1911年留美的姜立夫,1912年留法的何鲁,1913年留日的陈建功和留比利时的熊庆来[1915年转留法],1919年留日的苏步青等人。他们中的多数回国后成为著名数学家和数学教育家,为中国近现代数学发展做出重要贡献。其中胡明复1917年取得美国哈佛大学博士学位,成为第一位获得博士学位的中国数学家。1920年姜立夫在天津南开大学创建数学系,1921年和1926年熊庆来分别在东南大学[今南京大学]和清华大学建立数学系,不久武汉大学、齐鲁大学、浙江大学、中山大学陆续设立了数学系,到1932年各地已有32所大学设立了数学系或数理系。1930年熊庆来在清华大学首创数学研究部,开始招收研究生,陈省身、吴大任成为国内最早的数学研究生。三十年代出国学习数学的还有江泽涵[1927]、陈省身[1934]、华罗庚[1936]、许宝騄[1936]等人,他们都成为中国现代数学发展的骨干力量。同时外国数学家也有来华讲学的,例如英国的罗素[1920],美国的伯克霍夫[1934]、奥斯古德[1934]、维纳[1935],法国的阿达马[1936]等人。1935年中国数学会成立大会在上海召开,共有33名代表出席。
但
赵爽是三国时期吴人,在中国历史上他是最早对数学定理和公式进行证明的数学家之一,其学术成就体现于对《周髀算经》的阐释。在《勾股圆方图注》中,他还用几何方法证明了勾股定理,其实这已经体现“割补原理”的方法。用几何方法求解二次方程也是赵爽对中国古代数学的一大贡献。三国时期魏人刘徽则注释了《九章算术》,其著作《九章算术注》不仅对《九章算术》的方法、公式和定理进行一般的解释和推导,而且系统地阐述了中国传统数学的理论体系与数学原理,并且多有创造。其发明的“割圆术”(圆内接正多边形面积无限逼近圆面积),为圆周率的计算奠定了基础,同时刘徽还算出圆周率的近似值——“3927/1250(3.1416)”。他设计的“牟合方盖”的几何模型为后人寻求球体积公式打下重要基础。在研究多面体体积过程中,刘徽运用极限方法证明了“阳马术”。另外,《海岛算经》也是刘徽编撰的一部数学论著
祖冲之、祖暅父子的工作在这一时期最具代表性。他们着重进行数学思维和数学推理,在前人刘徽《九章算术注》的基础上前进了一步。根据史料记载,其著作《缀术》(已失传)取得如下成就:①圆周率精确到小数点后第六位,得到3.1415926<π<3.1415927,并求得π的约率为22/7,密率为355/113,其中密率是分子分母在1000以内的最佳值;欧洲直到16世纪德国人鄂图(Otto)和荷兰人安托尼兹(Anthonisz)才得出同样结果。②祖暅在刘徽工作的基础上推导出球体体积公式,并提出二立体等高处截面积相等则二体体积相等(“幂势既同则积不容异”)定理;欧洲17世纪意大利数学家卡瓦列利(Cavalieri)才提出同一定理……祖氏父子同时在天文学上也有一定贡献。
从公元11世纪到14世纪的宋、元时期,是以筹算为主要内容的中国古代数学的鼎盛时期,其表现是这一时期涌现许多杰出的数学家和数学著作。中国古代数学以宋、元数学为最高境界。在世界范围内宋、元数学也几乎是与阿拉伯数学一道居于领先集团的。
贾宪在《黄帝九章算法细草》中提出开任意高次幂的“增乘开方法”,同样的方法至1819年才由英国人霍纳发现;贾宪的二项式定理系数表与17世纪欧洲出现的“巴斯加三角”是类似的。遗憾的是贾宪的《黄帝九章算法细草》书稿已佚。
秦九韶是南宋时期杰出的数学家。1247年,他在《数书九章》中将“增乘开方法”加以推广,论述了高次方程的数值解法,并且例举20多个取材于实践的高次方程的解法(最高为十次方程)。16世纪意大利人菲尔洛才提出三次方程的解法。另外,秦九韶还对一次同余式理论进行过研究。
公元1261年,南宋杨辉(生卒年代不详)在《详解九章算法》中用“垛积术”求出几类高阶等差级数之和。公元1274年他在《乘除通变本末》中还叙述了“九归捷法”,介绍了筹算乘除的各种运算法。公元1280年,元代王恂、郭守敬等制订公元1303年,元代朱世杰(生卒年代不详)著《四元玉鉴》,他把“天元术”推广为“四元术”(四元高次联立方程),并提出消元的解法,欧洲到公元1775年法国人别朱(Bezout)才提出同样的解法。朱世杰还对各有限项级数求和问题进行了研究,在此基础上得出了高次差的内插公式,欧洲到公元1670年英国人格里高利(Gregory)和公元1676一1678年间牛顿(Newton)才提出内插法的一般公式。
明代珠算开始普及于中国。1592年程大位编撰的《直指算法统宗》是一部集珠算理论之大成的著作。但是有人认为,珠算的普及是抑制建立在筹算基础之上的中国古代数学进一步发展的主要原因之一。
4. 数学发展史
中国古代是一个在世界上数学领先的国家,用近代科目来分类的话,可以看出无论在算术、代数、几何和三角各方而都十分发达。现在就让我们来简单回顾一下初等数学在中国发展的历史。
(一)属于算术方面的材料
大约在3000年以前中国已经知道自然数的四则运算,这些运算只是一些结果,被保存在古代的文字和典籍中。乘除的运算规则在后来的"孙子算经"(公元三世纪)内有了详细的记载。中国古代是用筹来计数的,在我们古代人民的计数中,己利用了和我们现在相同的位率,用筹记数的方法是以纵的筹表示单位数、百位数、万位数等;用横的筹表示十位数、千位数等,在运算过程中也很明显的表现出来。"孙子算经"用十六字来表明它,"一从十横,百立千僵,千十相望,万百相当。" 和其他古代国家一样,乘法表的产生在中国也很早。乘法表中国古代叫九九,估计在2500年以前中国已有这个表,在那个时候人们便以九九来代表数学。现在我们还能看到汉代遗留下来的木简(公元前一世纪)上面写有九九的乘法口诀。
现有的史料指出,中国古代数学书"九章算术"(约公元一世纪前后)的分数运算法则是世界上最早的文献,"九章算术"的分数四则运算和现在我们所用的几乎完全一样。
古代学习算术也从量的衡量开始认识分数,"孙子算经"(公元三世纪)和"夏候阳算经"(公元六、七世纪)在论分数之前都开始讲度量衡,"夏侯阳算经"卷上在叙述度量衡后又记着:"十乘加一等,百乘加二等,千乘加三等,万乘加四等;十除退一等,百除退二等,千除退三等,万除退四等。"这种以十的方幂来表示位率无疑地也是中国最早发现的。
小数的记法,元朝(公元十三世纪)是用低一格来表示,如13.56作1356 。
在算术中还应该提出由公元三世纪"孙子算经"的物不知数题发展到宋朝秦九韶(公元1247年)的大衍求一术,这就是中国剩余定理,相同的方法欧洲在十九世纪才进行研究。 宋朝杨辉所著的书中(公元1274年)有一个1—300以内的因数表,例如297用"三因加一损一"来代表,就是说297=3×11×9,(11=10十1叫加一,9=10—1叫损一)。杨辉还用"连身加"这名词来说明201—300以内的质数。
(二)属于代数方面的材料
从"九章算术"卷八说明方程以后,在数值代数的领域内中国一直保持了光辉的成就。
"九章算术"方程章首先解释正负术是确切不移的,正象我们现在学习初等代数时从正负数的四则运算学起一样,负数的出现便丰富了数的内容。
我们古代的方程在公元前一世纪的时候已有多元方程组、一元二次方程及不定方程几种。
一元二次方程是借用几何图形而得到证明。
不定方程的出现在二千多年前的中国是一个值得重视的课题,这比我们现在所熟知的希腊丢番图方程要早三百多年。
具有x3+px2+qx=A和x3+px2=A形式的三次方程,中国在公元七世纪的唐代王孝通"缉古算经"已有记载,用"从开立方除之"而求出数字解答(可惜原解法失传了),不难想象王孝通得到这种解法时的愉快程度,他说谁能改动他著作内的一个字可酬以千金。
十一世纪的贾宪已发明了和霍纳(1786—1837)方法相同的数字方程解法,我们也不能忘记十三世纪中国数学家秦九韶在这方面的伟大贡献。
在世界数学史上对方程的原始记载有着不同的形式,但比较起来不得不推中国天元术的简洁明了。四元术是天元术发展的必然产物。
级数是古老的东西,二千多年前的"周髀算经"和"九章算术"都谈到算术级数和几何级数。十四世纪初中国元代朱世杰的级数计算应给予很高的评价,他的有些工作欧洲在十八、九世纪的著作内才有记录。十一世纪时代,中国已有完备的二项式系数表,并且还有这表的编制方法。
历史文献揭示出在计算中有名的盈不足术是由中国传往欧洲的。
内插法的计算,中国可上溯到六世纪的刘焯,并且七世纪末的僧一行有不等间距的内插法计算。
5. 中国数学发展的历史
中国数学发展史
中国古代是一个在世界上数学领先的国家,用近代科目来分类的话,可以看出无论在算术、代数、几何和三角各方而都十分发达。现在就让我们来简单回顾一下初等数学在中国发展的历史。
(一)属于算术方面的材料
大约在3000年以前中国已经知道自然数的四则运算,这些运算只是一些结果,被保存在古代的文字和典籍中。乘除的运算规则在后来的“孙子算经”(公元三世纪)内有了详细的记载。中国古代是用筹来计数的,在我们古代人民的计数中,己利用了和我们现在相同的位率,用筹记数的方法是以纵的筹表示单位数、百位数、万位数等;用横的筹表示十位数、千位数等,在运算过程中也很明显的表现出来。“孙子算经”用十六字来表明它,“一从十横,百立千僵,千十相望,万百相当。”
和其他古代国家一样,乘法表的产生在中国也很早。乘法表中国古代叫九九,估计在2500年以前中国已有这个表,在那个时候人们便以九九来代表数学。现在我们还能看到汉代遗留下来的木简(公元前一世纪)上面写有九九的乘法口诀。
现有的史料指出,中国古代数学书“九章算术”(约公元一世纪前后)的分数运算法则是世界上最早的文献,“九章算术”的分数四则运算和现在我们所用的几乎完全一样。
古代学习算术也从量的衡量开始认识分数,“孙子算经”(公元三世纪)和“夏候阳算经”(公元六、七世纪)在论分数之前都开始讲度量衡,“夏侯阳算经”卷上在叙述度量衡后又记着:“十乘加一等,百乘加二等,千乘加三等,万乘加四等;十除退一等,百除退二等,千除退三等,万除退四等。”这种以十的方幂来表示位率无疑地也是中国最早发现的。
小数的记法,元朝(公元十三世纪)是用低一格来表示,如13.56作1356 。在算术中还应该提出由公元三世纪“孙子算经”的物不知数题发展到宋朝秦九韶(公元1247年)的大衍求一术,这就是中国剩余定理,相同的方法欧洲在十九世纪才进行研究。
宋朝杨辉所著的书中(公元1274年)有一个1—300以内的因数表,例如297用“三因加一损一”来代表,就是说297=3×11×9,(11=10十1叫加一,9=10—1叫损一)。杨辉还用“连身加”这名词来说明201—300以内的质数。
(二)属于代数方面的材料
从“九章算术”卷八说明方程以后,在数值代数的领域内中国一直保持了光辉的成就。
“九章算术”方程章首先解释正负术是确切不移的,正象我们现在学习初等代数时从正负数的四则运算学起一样,负数的出现便丰富了数的内容。
我们古代的方程在公元前一世纪的时候已有多元方程组、一元二次方程及不定方程几种。一元二次方程是借用几何图形而得到证明。 不定方程的出现在二千多年前的中国是一个值得重视的课题,这比我们现在所熟知的希腊丢番图方程要早三百多年。具有x3+px2+qx=A和x3+px2=A形式的三次方程,中国在公元七世纪的唐代王孝通“缉古算经”已有记载,用“从开立方除之”而求出数字解答(可惜原解法失传了),不难想象王孝通得到这种解法时的愉快程度,他说谁能改动他著作内的一个字可酬以千金。
十一世纪的贾宪已发明了和霍纳(1786—1837)方法相同的数字方程解法,我们也不能忘记十三世纪中国数学家秦九韶在这方面的伟大贡献。
在世界数学史上对方程的原始记载有着不同的形式,但比较起来不得不推中国天元术的简洁明了。四元术是天元术发展的必然产物。
级数是古老的东西,二千多年前的“周髀算经”和“九章算术”都谈到算术级数和几何级数。十四世纪初中国元代朱世杰的级数计算应给予很高的评价,他的有些工作欧洲在十八、九世纪的著作内才有记录。十一世纪时代,中国已有完备的二项式系数表,并且还有这表的编制方法。
历史文献揭示出在计算中有名的盈不足术是由中国传往欧洲的。
内插法的计算,中国可上溯到六世纪的刘焯,并且七世纪末的僧一行有不等间距的内插法计算。
十四世纪以前,属于代数方面许多问题的研究,中国是先进国家之一。
就是到十八,九世纪由李锐(1773—1817),汪莱(1768—1813)到李善兰(1811—1882),他们在这一方面的研究上也都发表了很多的名著。
(三)属于几何方面的材料
自明朝后期(十六世纪)欧几里得“几何原本”中文译本一部分出版之前,中国的几何早已在独立发展着。应该重视古代的许多工艺品以及建筑工程、水利工程上的成就,其中蕴藏了丰富的几何知识。
中国的几何有悠久的历史,可靠的记录从公元前十五世纪谈起,甲骨文内己有规和矩二个字,规是用来画圆的,矩是用来画方的。
汉代石刻中矩的形状类似现在的直角三角形,大约在公元前二世纪左右,中国已记载了有名的勾股定理(勾股二个字的起源比较迟)。
圆和方的研究在古代中国几何发展中占了重要位置。墨子对圆的定义是:“圆,一中同长也。”—个中心到圆周相等的叫圆,这解释要比欧几里得还早一百多年。
在圆周率的计算上有刘歆(?一23)、张衡(78—139)、刘徽(263)、王蕃(219—257)、祖冲之(429—500)、赵友钦(公元十三世纪)等人,其中刘徽、祖冲之、赵友钦的方法和所得的结果举世闻名。
祖冲之所得的结果π=355/133要比欧洲早一千多年。
在刘徽的“九章算术”注中曾多次显露出他对极限概念的天才。 在平面几何中用直角三角形或正方形和在立体几何中用锥体和长方柱体进行移补,这构成中国古代几何的特点。
中国数学家善于把代数上的成就运用到几何上,而又用几何图形来证明代数,数值代数和直观几何有机的配合起来,在实践中获得良好的效果.
正好说明十八、九世纪中国数学家对割圆连比例的研究和项名达(1789—1850)用割圆连比例求出椭圆周长。这都是继承古代方法加以发挥而得到的(当然吸收外来数学的精华也是必要的)。
(四)属于三角方面的材料
三角学的发生由于测量,首先是天文学的发展而产生了球面三角,中国古代天文学很发达,因为要决定恒星的位置很早就有了球面测量的知识;平面测量术在“周牌算经”内已记载若用矩来测量高深远近。
刘徽的割圆术以半径为单位长求圆内正六边形,十二二边形等的每一边长,这答数是和2sinA的值相符(A是圆心角的一半),以后公元十二世纪赵友钦用圆内正四边形起算也同此理,我们可以从刘徽、赵友钦的计算中得出7.5o、15o、22.5o、30o、45o等的正弦函数值。
在古代历法中有计算二十四个节气的日晷影长,地面上直立一个八尺长的“表”,太阳光对这“表”在地面上的射影由于地球公转而每一个节气的影长都不同,这些影长和“八尺之表”的比,构成一个余切函数表(不过当时还没有这个名称)。
十三世纪的中国天文学家郭守敬(1231—1316)曾发现了球面三角上的三个公式。 现在我们所用三角函数名词:正弦,余弦,正切,余切,正割,余割,这都是我国十六世纪已有的名称,那时再加正矢和余矢二个函数叫做八线。
在十七世纪后期中国数学家梅文鼎(1633—1721)已编了一本平面三角和一本球面三角的书,平面三角的书名叫“平三角举要”,包含下列内容:(1)三角函数的定义;(2)解直角三角形和斜三角形;(3)三角形求积,三角形内容圆和容方;(4)测量。这已经和现代平面三角的内容相差不远,梅文鼎还著书讲到三角上有名的积化和差公式。十八世纪以后,中国还出版了不少三角学方面的书籍。
6. 从数学的发展历史来看,数学的研究对象各个阶段有哪些
数学发展具有阶段性,因此根据一定的原则把数学史分成若干时期。目前通常将数学发展划分为以下五个时期:
1.数学萌芽期(公元前600年以前);
2.初等数学时期(公元前600年至17世纪中叶);
3.变量数学时期(17世纪中叶至19世纪20年代);
4.近代数学时期(19世纪20年代至第二次世界大战);
5.现代数学时期(20世纪40年代以来)
在数学萌芽期这一时期,数学经过漫长时间的萌芽阶段,在生产的基础上积累了丰富的有关数和形的感性知识。到了公元前六世纪,希腊几何学的出现成为第一个转折点,数学从此由具体的、实验的阶段,过渡到抽象的、理论的阶段,开始创立初等数学。此后又经过不断的发展和交流,最后形成了几何、算术、代数、三角等独立学科。世界上最古老的几个国家都位于大河流域:黄河流域的中国;尼罗河下游的埃及;幼发拉底河与底格里斯河的巴比伦国;印度河与恒河的印度。这些国家都是在农业的基础上发展起来的,因此他们就必须掌握四季气候变迁的规律。
现在对于古巴比伦数学的了解主要是根据巴比伦泥版,这些数学泥版表明,巴比伦自公元前2000年左右即开始使用60进位制的记数法进行较复杂的计算了,并出现了60进位的分数,用与整数同样的法则进行计算;已经有了关于倒数、乘法、平方、立方、平方根、立方根的数表;借助于倒数表,除法常转化为乘法进行计算。巴比伦数学具有算术和代数的特征,几何只是表达代数问题的一种方法。这时还没有产生数学的理论。对埃及古代数学的了解,主要是根据两卷纸草书。从这两卷文献中可以看到,古埃及是采用10进位制的记数法。埃及人的数学兴趣是测量土地,几何问题多是讲度量法的,涉及到田地的面积、谷仓的容积和有关金字塔的简易计算法。但是由于这些计算法是为了解决尼罗河泛滥后土地测量和谷物分配、容量计算等日常生活中必须解决的课题而设想出来的,因此并没有出现对公式、定理、证明加以理论推导的倾向。埃及数学的一个主要用途是天文研究,也在研究天文中得到了发展。由于地理位置和自然条件,古希腊受到埃及、巴比伦这些文明古国的许多影响,成为欧洲最先创造文明的地区。
希腊的数学是辉煌的数学,第一个时期开始于公元前6世纪,结束于公元前4世纪。泰勒斯开始了命题的逻辑证明,开始了希腊伟大的数学发展。进入公元前5世纪,爱利亚学派的芝诺提出了四个关于运动的悖论,柏拉图强调几何对培养逻辑思维能力的重要作用,亚里士多德建立了形式逻辑,并且把它作为证明的工具;德谟克利特把几何量看成是由许多不可再分的原子所构成。第二个时期自公元前4世纪末至公元1世纪,这时的学术中心从雅典转移到了亚历山大里亚,因此被称为亚历山大里亚时期。这一时期有许多水平很高的数学书稿问世,并一直流传到了现在。公元前3世纪,欧几里得写出了平面几何、比例论、数论、无理量论、立体几何的集大成的著作几何原本,第一次把几何学建立在演绎体系上,成为数学史乃至思想史上一部划时代的名著。之后的阿基米德把抽象的数学理论和具体的工程技术结合起来,根据力学原理去探求几何图形的面积和体积,奠定了微积分的基础。阿波罗尼写出了《圆锥曲线》一书,成为后来研究这一问题的基础。公元一世纪的赫伦写出了使用具体数解释求积法的《测量术》等著作。二世纪的托勒密完成了到那时为止的数理天文学的集大成著作《数学汇编》,结合天文学研究三角学。三世纪丢番图著《算术》,使用简略号求解不定方程式等问题,它对数学发展的影响仅次于《几何原本》。希腊数学中最突出的三大成就--欧几里得的几何学,阿基米德的穷竭法和阿波罗尼的圆锥曲线论,标志着当时数学的主体部分--算术、代数、几何基本上已经建立起来了。
罗马人征服了希腊也摧毁了希腊的文化。公元前47年,罗马人焚毁了亚历山大里亚图书馆,两个半世纪以来收集的藏书和50万份手稿竞付之一炬。
从5世纪到15世纪,数学发展的中心转移到了东方的印度、中亚细亚、阿拉伯国家和中国。在这1000多年时间里,数学主要是由于计算的需要,特别是由于天文学的需要而得到迅速发展。古希腊的数学看重抽象、逻辑和理论,强调数学是认识自然的工具,重点是几何;而古代中国和印度的数学看重具体、经验和应用,强调数学是支配自然的工具,重点是算术和代数。
印度的数学也是世界数学的重要组成部分。数学作为一门学科确立和发展起来。印度数学受婆罗门教的影响很大,此外还受希腊、中国和近东数学的影响,特别是受中国的影响。
此外,阿拉伯数学也有着举足轻重的作用,阿拉伯人改进了印度的计数系统,"代数"的研究对象规定为方程论;让几何从属于代数,不重视证明;引入正切、余切、正割、余割等三角函数,制作精密的三角函数表,发现平面三角与球面三角若干重要的公式,使三角学脱离天文学独立出来。
在我国,春秋战国之际,筹算已得到普遍的应用,筹算记数法已使用十进位值制,这种记数法对世界数学的发展是有划时代意义的。这个时期的测量数学在生产上有了广泛应用,在数学上亦有相应的提高。战国时期的百家争鸣也促进了数学的发展,秦汉是封建社会的上升时期,经济和文化均得到迅速发展。中国古代数学体系正是形成于这个时期,它的主要标志是算术已成为一个专门的学科,以及以《九章算术》为代表的数学著作的出现。
《九章算术》是战国、秦、汉封建社会创立并巩固时期数学发展的总结,就其数学成就来说,堪称是世界数学名著。魏、晋时期赵爽与刘徽的工作为中国古代数学体系奠定了理论基础。刘徽用无穷分割的方法证明了直角方锥与直角四面体的体积比恒为2:1,解决了一般立体体积的关键问题。在证明方锥、圆柱、圆锥、圆台的体积时,刘徽为彻底解决球的体积提出了正确途径。这之后,我国数学经过像秦九邵、祖冲之、郭守敬、程大位这样的数学家进一步发展了我国的数学事业。
在西欧的历史上,中世纪的黑暗在一定程度上阻碍了数学的发展,15世纪开始了欧洲的文艺复兴,使欧洲的数学得以进一步发展,15世纪的数学活动集中在算术、代数和三角方面。缪勒的名著《三角全书》是欧洲人对平面和球面三角学所作的独立于天文学的第一个系统的阐述。16世纪塔塔利亚发现三次方程的代数解法,接受了负数并使用了虚数。16世纪最伟大的数学家是伟达,他写了许多关于三角学、代数学和几何学的著作,其中最著名的《分析方法入门》改进了符号,使代数学大为改观;斯蒂文创设了小数。17世纪初,对数的发明是初等数学的一大成就。1614年,耐普尔首创了对对数,1624年布里格斯引入了相当于现在的常用对数,计算方法因而向前推进了一大步。至此,初等数学的主体部分--算术、代数与几何已经全部形成,并且发展成熟。
变量数学时期从17世纪中叶到19世纪20年代,这一时期数学研究的主要内容是数量的变化及几何变换。这一时期的主要成果是解析几何、微积分、高等代数等学科。
17世纪是一个开创性的世纪。这个世纪中发生了对于数学具有重大意义的三件大事。 首先是伽里略实验数学方法的出现,它表明了数学与自然科学的一种崭新的结合。其特点是在所研究的现象中,找出一些可以度量的因素,并把数学方法应用到这些量的变化规律中去。第二件大事是笛卡儿的重要著作《方法谈》及其附录《几何学》于1637年发表。它引入了运动着的一点的坐标的概念,引入了变量和函数的概念。由于有了坐标,平面曲线与二元方程之间建立起了联系,由此产生了一门用代数方法研究几何学的新学科--解析几何学。这是数学的一个转折点,也是变量数学发展的第一个决定性步骤。第三件大事是微积分学的建立,最重要的工作是由牛顿和莱布尼兹各自独立完成的。他们认识到微分和积分实际上是一对逆运算,从而给出了微积分学基本定理,即牛顿-莱布尼兹公式。17世纪的数学,发生了许多深刻的、明显的变革。在数学的活动范围方面,数学教育扩大了,从事数学工作的人迅速增加,数学著作在较广的范围内得到传播,而且建立了各种学会。在数学的传统方面,从形的研究转向了数的研究,代数占据了主导地位。在数学发展的趋势方面,开始了科学数学化的过程。最早出现的是力学的数学化,它以1687年牛顿写的《自然哲学的数学原理》为代表,从三大定律出发,用数学的逻辑推理将力学定律逐个地、必然地引申出来。18世纪数学的各个学科,如三角学、解析几何学、微积分学、数论、方程论,得到快速发展。19世纪20年代出现了一个伟大的数学成就,它就是把微积分的理论基础牢固地建立在极限的概念上。柯西于1821年在《分析教程》一书中,发展了可接受的极限理论,然后极其严格地定义了函数的连续性、导数和积分,强调了研究级数收敛性的必要,给出了正项级数的根式判别法和积分判别法。而在这一时期,非欧几何的出现,成为数学史上的一件大事,非欧几何的出现,改变了人们认为欧氏几何唯一地存在是天经地义的观点。它的革命思想不仅为新几何学开辟了道路,而且是20世纪相对论产生的前奏和准备。这时人们发现了与通常的欧几里得几何不同的、但也是正确的几何--非欧几何。非欧几何所导致的思想解放对现代数学和现代科学有着极为重要的意义,因为人类终于开始突破感官的局限而深入到自然的更深刻的本质。非欧几何的发现,黎曼和罗巴切夫斯基功不可灭,黎曼推广了空间的概念,开创了几何学一片更广阔的领域--黎曼几何学。后来,哈密顿发现了一种乘法交换律不成立的代数--四元数代数。不可交换代数的出现,改变了人们认为存在与一般的算术代数不同的代数是不可思议的观点。它的革命思想打开了近代代数的大门。另一方面,由于一元方程根式求解条件的探究,引进了群的概念。19世纪20~30年代,阿贝尔和伽罗瓦开创了近世代数学的研究。这时,代数学的研究对象扩大为向量、矩阵,等等,并渐渐转向代数系统结构本身的研究。19世纪还发生了第三个有深远意义的数学事件:分析的算术化。1874年威尔斯特拉斯提出了被称为"分析的算术化"的著名设想,实数系本身最先应该严格化,然后分析的所有概念应该由此数系导出。19世纪后期,由于狄德金、康托和皮亚诺的工作,这些数学基础已经建立在更简单、更基础的自然数系之上。
20世纪40~50年代,世界科学史上发生了三件惊天动地的大事,即原子能的利用、电子计算机的发明和空间技术的兴起。此外还出现了许多新的情况,促使数学发生急剧的变化。1945年,第一台电子计算机诞生以后,由于电子计算机应用广泛、影响巨大,围绕它很自然要形成一门庞大的科学。计算机的出现更是促进了数学的发展,使数学分为了三个领域,纯粹数学,计算机数学,应用数学。 现代数学虽然呈现出多姿多彩的局面,但是它的主要特点可以概括如下:(1)数学的对象、内容在深度和广度上都有了很大的发展,分析学、代数学、几何学的思想、理论和方法都发生了惊人的变化,数学的不断分化,不断综合的趋势都在加强。(2)电子计算机进入数学领域,产生巨大而深远的影响。(3)数学渗透到几乎所有的科学领域,并且起着越来越大的作用,纯粹数学不断向纵深发展,数理逻辑和数学基础已经成为整个数学大厦基础。
7. 简述数学发展历史
一)属于算术方面的材料 大约在3000年以前中国已经知道自然数的四则运算,这些运算只是一些结果,被保存在古代的文字和典籍中。乘除的运算规则在后来的“孙子算经”(公元三世纪)内有了详细的记载。中国古代是用筹来计数的,在我们古代人民的计数中,己利用了和我们现在相同的位率,用筹记数的方法是以纵的筹表示单位数、百位数、万位数等;用横的筹表示十位数、千位数等,在运算过程中也很明显的表现出来。“孙子算经”用十六字来表明它,“一从十横,百立千僵,千十相望,万百相当。” 和其他古代国家一样,乘法表的产生在中国也很早。乘法表中国古代叫九九,估计在2500年以前中国已有这个表,在那个时候人们便以九九来代表数学。现在我们还能看到汉代遗留下来的木简(公元前一世纪)上面写有九九的乘法口诀。 现有的史料指出,中国古代数学书“九章算术”(约公元一世纪前后)的分数运算法则是世界上最早的文献,“九章算术”的分数四则运算和现在我们所用的几乎完全一样。 古代学习算术也从量的衡量开始认识分数,“孙子算经”(公元三世纪)和“夏候阳算经”(公元六、七世纪)在论分数之前都开始讲度量衡,“夏侯阳算经”卷上在叙述度量衡后又记着:“十乘加一等,百乘加二等,千乘加三等,万乘加四等;十除退一等,百除退二等,千除退三等,万除退四等。”这种以十的方幂来表示位率无疑地也是中国最早发现的。 小数的记法,元朝(公元十三世纪)是用低一格来表示,如13.56作1356 。在算术中还应该提出由公元三世纪“孙子算经”的物不知数题发展到宋朝秦九韶(公元1247年)的大衍求一术,这就是中国剩余定理,相同的方法欧洲在十九世纪才进行研究。 宋朝杨辉所著的书中(公元1274年)有一个1—300以内的因数表,例如297用“三因加一损一”来代表,就是说297=3×11×9,(11=10十1叫加一,9=10—1叫损一)。杨辉还用“连身加”这名词来说明201—300以内的质数。 (二)属于代数方面的材料 从“九章算术”卷八说明方程以后,在数值代数的领域内中国一直保持了光辉的成就。 “九章算术”方程章首先解释正负术是确切不移的,正象我们现在学习初等代数时从正负数的四则运算学起一样,负数的出现便丰富了数的内容。 我们古代的方程在公元前一世纪的时候已有多元方程组、一元二次方程及不定方程几种。一元二次方程是借用几何图形而得到证明。 不定方程的出现在二千多年前的中国是一个值得重视的课题,这比我们现在所熟知的希腊丢番图方程要早三百多年。具有x3+px2+qx=A和x3+px2=A形式的三次方程,中国在公元七世纪的唐代王孝通“缉古算经”已有记载,用“从开立方除之”而求出数字解答(可惜原解法失传了),不难想象王孝通得到这种解法时的愉快程度,他说谁能改动他著作内的一个字可酬以千金。 十一世纪的贾宪已发明了和霍纳(1786—1837)方法相同的数字方程解法,我们也不能忘记十三世纪中国数学家秦九韶在这方面的伟大贡献。 在世界数学史上对方程的原始记载有着不同的形式,但比较起来不得不推中国天元术的简洁明了。四元术是天元术发展的必然产物。 级数是古老的东西,二千多年前的“周髀算经”和“九章算术”都谈到算术级数和几何级数。十四世纪初中国元代朱世杰的级数计算应给予很高的评价,他的有些工作欧洲在十八、九世纪的著作内才有记录。十一世纪时代,中国已有完备的二项式系数表,并且还有这表的编制方法。 历史文献揭示出在计算中有名的盈不足术是由中国传往欧洲的。 内插法的计算,中国可上溯到六世纪的刘焯,并且七世纪末的僧一行有不等间距的内插法计算。 十四世纪以前,属于代数方面许多问题的研究,中国是先进国家之一。 就是到十八,九世纪由李锐(1773—1817),汪莱(1768—1813)到李善兰(1811—1882),他们在这一方面的研究上也都发表了很多的名著。 (三)属于几何方面的材料 自明朝后期(十六世纪)欧几里得“几何原本”中文译本一部分出版之前,中国的几何早已在独立发展着。应该重视古代的许多工艺品以及建筑工程、水利工程上的成就,其中蕴藏了丰富的几何知识。 中国的几何有悠久的历史,可靠的记录从公元前十五世纪谈起,甲骨文内己有规和矩二个字,规是用来画圆的,矩是用来画方的。 汉代石刻中矩的形状类似现在的直角三角形,大约在公元前二世纪左右,中国已记载了有名的勾股定理(勾股二个字的起源比较迟)。 圆和方的研究在古代中国几何发展中占了重要位置。墨子对圆的定义是:“圆,一中同长也。”—个中心到圆周相等的叫圆,这解释要比欧几里得还早一百多年。 在圆周率的计算上有刘歆(?一23)、张衡(78—139)、刘徽(263)、王蕃(219—257)、祖冲之(429—500)、赵友钦(公元十三世纪)等人,其中刘徽、祖冲之、赵友钦的方法和所得的结果举世闻名。 祖冲之所得的结果π=355/133要比欧洲早一千多年。 在刘徽的“九章算术”注中曾多次显露出他对极限概念的天才。 在平面几何中用直角三角形或正方形和在立体几何中用锥体和长方柱体进行移补,这构成中国古代几何的特点。 中国数学家善于把代数上的成就运用到几何上,而又用几何图形来证明代数,数值代数和直观几何有机的配合起来,在实践中获得良好的效果. 正好说明十八、九世纪中国数学家对割圆连比例的研究和项名达(1789—1850)用割圆连比例求出椭圆周长。这都是继承古代方法加以发挥而得到的(当然吸收外来数学的精华也是必要的)。 (四)属于三角方面的材料 三角学的发生由于测量,首先是天文学的发展而产生了球面三角,中国古代天文学很发达,因为要决定恒星的位置很早就有了球面测量的知识;平面测量术在“周牌算经”内已记载若用矩来测量高深远近。 刘徽的割圆术以半径为单位长求圆内正六边形,十二二边形等的每一边长,这答数是和2sinA的值相符(A是圆心角的一半),以后公元十二世纪赵友钦用圆内正四边形起算也同此理,我们可以从刘徽、赵友钦的计算中得出7.5o、15o、22.5o、30o、45o等的正弦函数值。 在古代历法中有计算二十四个节气的日晷影长,地面上直立一个八尺长的“表”,太阳光对这“表”在地面上的射影由于地球公转而每一个节气的影长都不同,这些影长和“八尺之表”的比,构成一个余切函数表(不过当时还没有这个名称)。 十三世纪的中国天文学家郭守敬(1231—1316)曾发现了球面三角上的三个公式。 现在我们所用三角函数名词:正弦,余弦,正切,余切,正割,余割,这都是我国十六世纪已有的名称,那时再加正矢和余矢二个函数叫做八线。 在十七世纪后期中国数学家梅文鼎(1633—1721)已编了一本平面三角和一本球面三角的书,平面三角的书名叫“平三角举要”,包含下列内容:(1)三角函数的定义;(2)解直角三角形和斜三角形;(3)三角形求积,三角形内容圆和容方;(4)测量。这已经和现代平面三角的内容相差不远,梅文鼎还著书讲到三角上有名的积化和差公式。十八世纪以后,中国还出版了不少三角学方面的书籍。
8. "数学的发展史"的课题研究方案
数学的生命力在于应用,交叉科学要靠数学大家来完成。变量与随机变量的联系与区别,
9. 研究性课题:数学的发展历史
这个不了解。
10. 求高中数学研究性学习《数学的发展历史》课题背景以及课题目的,急用.
研究数学发展历史的学科,是数学的一个分支,也是自然科学史研究下属的一个重要分支。和所有的自然科学史一样,数学史也是自然科学和历史科学之间的交叉学科。数学史研究所使用的方法主要是历史科学的方法,在这一点上,它与通常的数学研究方法不同。它研究的对象是数学发展的历史,因此它与通常历史科学研究的对象又不相同。具体地说,它所研究的内容是:
①数学史研究方法论问题;②总的学科发展史——数学史通史;③数学各分支的分科史(包括细小分支的历史);④不同国家、民族、地区的数学史及其比较;⑤不同时期的断代数学史;⑥数学家传记;⑦数学思想、数学概念、数学方法发展的历史;⑧数学发展与其他科学、社会现象之间的关系;⑨数学教育史;⑩数学史文献学;等等。按其研究的范围又可分为内史和外史。
内史 从数学内在的原因(包括和其他自然科学之间的关系)来研究数学发展的历史;
外史 从外在的社会原因(包括政治、经济、哲学思潮等原因)来研究数学发展与其他社会因素间的关系。
数学史和数学研究的各个分支,和社会史与文化史的各个方面都有着密切的联系,这表明数学史具有多学科交叉与综合性强的性质。
人们研究数学史的历史,由来甚早。古希腊时就曾有人写过一部《几何学史》,可惜未能流传下来,但在5世纪普罗克洛斯对欧几里得《几何原本》第一卷的注文中还保留有一部分资料。中世纪阿拉伯国家的一些传记作品和数学著作中,曾讲述到一些数学家的生平以及其他有关数学史的材料。12世纪时,大量的古希腊和中世纪阿拉伯数学书籍传入西欧。这些著作的翻译既是当时的数学研究,也是对古典数学著作的整理和保存。
近代西欧各国的数学史研究,是从18世纪,由J.É.蒙蒂克拉、C.博絮埃、A.C.克斯特纳同时开始,而以蒙蒂克拉1758年出版的《数学史》(1799~1802年又经J.de拉朗德增补)为代表。从19世纪末叶起,研究数学史的人逐渐增多,断代史和分科史的研究也逐渐展开,1945年以后,更有了新的发展。19世纪末叶以后的数学史研究可以分为下述几个方面。
①通史研究 代表作可以举出M.B.康托尔的《数学史讲义》(4卷,1880~1908)以及C.B.博耶(1894、1919)、D.E.史密斯(2卷,1923~1925)、洛里亚(3卷,1929~1933)等人的著作。法国的布尔巴基学派也写了一部数学史收入《数学原理》丛书之中。以尤什凯维奇为代表的苏联学者和以弥永昌吉、伊东俊太郎为代表的日本学者也都有多卷本数学通史出版。1972年美国M.克莱因所著《古今数学思想》一书,被认为是70年代以来的一部佳作。
②古希腊数学史 许多古希腊数学家的著作被译成现代文字,在这方面作出了成绩的有J.L.海贝格、胡尔奇、T.L.希思等人。洛里亚和希思还写出了古希腊数学通史。20世纪30年代起,著名的代数学家范·德·瓦尔登在古希腊数学史方面也作出成绩。60年代以来匈牙利的A.萨博的工作则更为突出,他从哲学史出发论述了欧几里得公理体系的起源。
③古埃及和巴比伦数学史 把巴比伦楔形文字泥板算书和古埃及纸草算书译成现代文字是艰难的工作。查斯和阿奇博尔德等人都译过纸草算书,而诺伊格鲍尔锲而不舍数十年对楔形文字泥板算书的研究则更为有名。他所著的《楔形文字数学史料研究》(1935、1937)、《楔形文字数学书》(与萨克斯合著,1945)都是这方面的权威性著作。他所著《古代精密科学》(1951)一书,汇集了半个世纪以来关于古埃及和巴比伦数学史研究成果。范·德·瓦尔登的《科学的觉醒》(1954)一书,则又加进古希腊数学史,成为古代世界数学史的权威性著作之一。
④断代史和分科史研究 德国数学家(C.)F.克莱因著的《19世纪数学发展史讲义》(1926~1927)一书,是断代体近现代数学史研究的开始,它成书于20世纪,但其中所反映的对数学的看法却大都是19世纪的。直到1978年法国数学家J.迪厄多内所写的《1700~1900数学史概论》出版之前,断代体数学史专著并不多,但却有(C.H.)H.外尔写的《半个世纪的数学》之类的著名论文。对数学各分支的历史,从数论、概率论,直到流形概念、希尔伯特23个数学问题的历史等,有多种专著出现,而且不乏名家手笔。许多著名数学家参预数学史的研究,可能是基于(J.-)H.庞加莱的如下信念,即:“如果我们想要预见数学的将来,适当的途径是研究这门科学的历史和现状”,或是如H.外尔所说的:“如果不知道远溯古希腊各代前辈所建立的和发展的概念方法和结果,我们就不可能理解近50年来数学的目标,也不可能理解它的成就。”
⑤历代数学家的传记以及他们的《全集》、《选集》的整理和出版 这是数学史研究的大量工作之一。此外还有多种《数学经典论著选读》出现,辑录了历代数学家成名之作的珍贵片断。
⑥专业性学术杂志 最早出现于19世纪末,M.B.康托尔(1877~1913,30卷)和洛里亚(1898~1922,21卷)都曾主编过数学史杂志,最有名的是埃内斯特勒姆主编的《数学宝藏》(1884~1915,30卷)。现代则有国际科学史协会数学史分会主编的《国际数学史杂志》。
中国以历史传统悠久而著称于世界,在历代正史的《律历志》“备数”条内常常论述到数学的作用和数学的历史。例如较早的《汉书·律历志》说数学是“推历、生律、 制器、 规圆、矩方、权重、衡平、准绳、嘉量,探赜索稳,钩深致远,莫不用焉”。《隋书·律历志》记述了圆周率计算的历史,记载了祖冲之的光辉成就。历代正史《列传》中,有时也给出了数学家的传记。正史的《经籍志》则记载有数学书目。
在中国古算书的序、跋中,经常出现数学史的内容。如刘徽注《九章算术》序 (263)中曾谈到《九章算术》形成的历史;王孝通“上缉古算经表”中曾对刘徽、祖冲之等人的数学工作进行评论;祖颐为《四元玉鉴》所写的序文中讲述了由天元术发展成四元术的历史。宋刊本《数术记遗》之后附录有“算学源流”,这是中国,也是世界上最早用印刷术保存下来的数学史资料。程大位 《算法统宗》(1592)书末附有“算经源流”,记录了宋明间的数学书目。
以上所述属于零散的片断资料,对中国古代数学史进行较为系统的整理和研究,则是在乾嘉学派的影响下,在清代中晚期进行的。主要有:①对古算书的整理和研究,《算经十书》(汉唐间算书)和宋元算书的校订、注释和出版,参预此项工作的有戴震(1724~1777)、李潢(?~1811)、阮元(1764~1849)、沈钦裴(1829年校算《四元玉鉴》)、罗士琳(1789~1853)等人。②编辑出版了《畴人传》(数学家和天文学家的传记),它“肇自黄帝,迄于昭(清)代,凡为此学者,人为之传”,它是由阮元、李锐等编辑的(1795~1799)。其后,罗士琳作“补遗”(1840),诸可宝作《畴人传三编》(1886),黄钟骏又作《畴人传四编》(1898)。《畴人传》,实际上就是一部人物传记体裁的数学史。收入人物多,资料丰富,评论允当,它完全可以和蒙蒂克拉的数学史相媲美。
利用现代数学概念,对中国数学史进行研究和整理,从而使中国数学史研究建立在现代科学方法之上的学科奠基人,是李俨和钱宝琮。他们都是从五四运动前后起,开始搜集古算书,进行考订、整理和开展研究工作的。经过半个多世纪,李俨的论文自编为《中算史论丛》(1~5集,1954~1955),钱宝琮则有《钱宝琮科学史论文集》(1984)行世。从20世纪30年代起,两人都有通史性中国数学史专著出版,李俨有《中国算学史》(1937)、《中国数学大纲》(1958);钱宝琮有《中国算学史》(上,1932)并主编了《中国数学史》(1964)。钱宝琮校点的《算经十书》(1963)和上述各种专著一道,都是权威性著作。
从19世纪末,即有人(伟烈亚力、赫师慎等)用外文发表中国数学史方面的文章。20世纪初日本人三上义夫的《数学在中国和日本的发展》以及50年代李约瑟在其巨著《中国科学技术史》(第三卷)中对中国数学史进行了全面的介绍。有一些中国的古典算书已经有日、英、法、俄、德等文字的译本。在英、美、日、俄、法、比利时等国都有人直接利用中国古典文献进行中国数学史的研究以及和其他国家和地区数学史的比较研究。