㈠ 如何在數學課堂上滲透中華傳統文化
作為一名小學數學教師,我一直在思考:如何將數學與傳統文化教育相結合,充分發揮傳統文化以德育人的獨特而強大的功能,引導學生在感受、感悟我國豐富的民族數學文化遺產的過程中,培養數學文化素養、數學學習心理品質素養、開發智能,同時產生對我國民族文化的尊重和熱愛之情,找到民族文化與時代脈搏的契合點,促進其主動地傳承、保護和發展本民族文化?為此我在課堂上也進行了一定的嘗試。
首先《全日制義務教育數學課程標准(實驗稿)》指出:「要使學生初步認識數學與人類社會的密切聯系及對人類歷史發展的作用.」數學史是數學教學目標的重要組成部分,教師以數學教材的體系為主線,在平時的數學教學中,適時的介紹一些數學史知識,充分挖掘出教材中蘊含的數學史料並將這些內容與數學課堂教學緊密聯系起來,不但能豐富學生的學習內容,還能引起學生學習的主動性,培養學生的民族自豪感和責任感,從而達到向學生進行愛國主義教育的目的。如在學習《圓的周長》時,學生通過實驗發現圓的周長總是直徑的3倍多一些,這時教師適時引出圓周率,然後向學生介紹,很早以前,人們就開始研究圓周率到底是多少。然後向學生出示「你知道嗎?」:約2000前,中國的古代數學著作里《周髀算經》中就有「周三徑一」的說法,意思是說圓的周長是直徑的3倍。約1500年前,中國有一位偉大的數學家和人文學家祖沖之。他計算出圓周率應在3.1415926和3.1415927之間,成為世界上第一個把圓周率的值的計算精確到7位小數的人。他的這項偉大成就比國外數學家得出這樣精確數值的時間,至少要早一千年!通過這段話的學習激起學生強烈的民族自豪感,達到了向學生進行愛國主義教育的目的,從而讓學生從小樹立起為國家富強、為民族振興而發奮讀書、頑強拼搏、積極奉獻的責任感。
中國是一個有著五千年文明歷史的泱泱大國,五千年的燦爛文化是我們引以自豪和驕傲的.也是我們傳統文化的精髓所在,在小學數學教學中感悟傳統文化是幫助學生從多角度多方面弘揚傳統文化,繼承發揚優秀的傳統文化,讓學生內在文化底蘊和諧豐實,讓學生成為中國傳統文化的傳承者、創新者。
㈡ 如何在數學教學中融入傳統文化教育
如何在數學教學中融入傳統文化教育計劃
初中數學新課標把「體現數學的文化價值」置於課程設計基本理念的重要位置上,使數學文化問題正式進入了數學教學。因為大多數不專門與數字打交道的人在走上社會後,數學知識會漸漸淡忘,但數學文化的影響將長期存在於其頭腦中,並會在學習、工作和生活中發揮重要作用。如何在數學教學中滲透數學文化,使學生在學習數學過程中體驗數學文化、受到文化感染、產生文化共鳴,從而實現數學的文化教育功能。
一、開展數學美學教育。數學教學中的美學教育有以下4個層次:美觀、美好、美妙、完美。美觀是數學對象以形式上的對稱、和諧、簡潔,給人的感官帶來美麗、漂亮的感受,例如,(a+b)×n=a×n+b×n。但是,外形的美觀,並不一定是真實的和正確的。數學上的很多東西,只有認識到它的正確性,才能感覺其「美好」,例如「對數」的美好在於能把繁雜的「乘除」運算變為「加減」運算,理解了它的作用,也就獲得了「美」的滿足。美妙的感覺往往來自「意料之外」但在「情理之中」的事物,例如學生經親手畫圖,發現三角形的三條高線、三條中線、三條內角平分線交於一點,感覺真是「美妙」。數學總是做到至善至美、完美無缺,這也是數學的最高「品質」與最高的精神「境界」——完美,例如解一個方程,不只是回答是否有解,也不只是找到一個解了事,而要證明它確實存在解,知道有多少個解,最後還要把它們一一找出來,一個都不能少。對學生進行美學教育,可以陶冶情操,進行數學文化的熏陶,讓學生獲得全面的發展。
二、初中數學與美學。羅素指出:「數學,如果正確地看,不但擁有真理,而且也具有高尚的美。」數學美主要是指結構美和形式美,具體說來,主要有簡潔美、對稱美、統一美、和諧美、奇異美等。通過初中數學教學,充分展示數學美,是對中學生進行美育教育,從而陶冶情操、鍛煉性格、提高素質的重要手段。數學的首要特點在於它的簡潔,這主要表現在數學符號、數學技巧以及邏輯方法上。數學中普遍存在著對稱,如幾何中有軸對稱圖形和中心對稱圖形,代數中有對稱多項式,日常生活中,我們見到的許多優美的商標圖案,如北大方正、聯想集團、北京電信、中國聯通、工商銀行等,更是對稱美的活教材。「愛美之心,人皆有之」,對於數學美的研究、教育和欣賞,能極大地提高學生的審美情趣,激發學習興趣,啟迪人們的思維,開闊人們的視野,並帶來美的享受。
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三、初中數學與文學。數學家華羅庚說:「認為數學枯燥無味,沒有藝術性,這看法是不正確的,就像人站在花園外面,說花園里枯燥乏味一樣。」古往今來,數學流傳著許多美妙動聽的故事(包括數學家的故事、數學史故事和數學應用的故事)和歷史名題。通過這些寓教於樂的方式進行數學文化教育,可以使學生學習前人勤奮好學、勇於實踐、實事求是、不斷探索、敢於創新的科學態度,從歷史名題中學習它的數學思想方法和解題思路,指導自己的學習。
語言是思維的外殼,要加強對學生進行語言能力的訓練,結合日常生活實踐和數學建模活動,指導學生寫好「小作文」(如學習計劃、學習經驗交流等)、「小總結」(章節的知識總結)、「小隨筆」(如「正方形」、「圓」、介紹一個企業商標的尺規作圖方法等)、「小論文」(如怎樣畫標準的跑道、分期付款和保險的數學原理等),引導學生讀好課外讀物(如《數理化通俗演義》、《中學數學問題集》等),鼓勵學生從數學文獻中檢索和獲取有關知識(如梅涅勞斯定理、蝴蝶定理等)。這樣,在數學教育中滲透文學教育,不僅可以加深對數學知識的理解和應用能力,而且還可以大大提高學生運用數學語言的能力和書面表達能力,從而不斷提高其數學文化素質。
數學不應當等同於數學知識(事實性結論)的匯集或數學知識的倉庫,它是人類的一種創造性活動。在人們探索知識和數學發展的歷史長河中,留下了燦爛輝煌的數學文化。那一個個優美動聽的數學故事,一句句發人深省的名人名言,一條條精妙絕倫的數學謎語,一篇篇寓意深刻的數學隨筆,都是數學文化寶庫中的明珠。
四、進行數學實驗與游戲。數學游戲是一種大眾化的智力活動,體現了一種數學文化。浙江教育出版社的數學新教材中已引進了一些游戲素材,這為一線教師的教學提供了廣闊的創新空間,但游戲的題材還顯得有些單調,教學中還可適當增加一些益智類的游戲,如數獨。
數獨是一種源自18世紀末的瑞士,後在美國發展,並在日本得以發揚光大的數學智力拚圖游戲,在2005年全面引入我國。拼圖是九宮格(即3格寬×3格高)的正方形狀,每一格又細分為一個九宮格。在每一個小九宮格中,分別填上1至9的數字,讓整個大九宮格每一列、每一行的數字都不重復。該游戲看起來似乎和傳統的填字游戲類似,但由於其擁有入門簡單、演算方便、有益於鍛煉腦力,並且不受時間、地點、語言的限制等優點而被玩家廣泛接受。有專家認為,該游戲的獨特玩法跨越了文字與文化的疆域。據悉,目前「數獨」游戲在全球已擁有數百萬的玩家。這種「隨風潛入夜,潤物細無聲」的潛移默化的游戲教學,可以讓學生逐漸認識到數學文化的難得魅力並逐步養成勤於動腦、善於分析的習慣,學會用數學文化的視角分析問題、解決問題。
在初中數學教育中,把初中數學知識和數學文化結合起來,使學生在學會數學基礎知識和基本技能的同時,還能受到良好的數學文化教育,當數學文化的魅力真正滲入教材、到達課堂、融入教學時,數學就會更加平易近人,數學教學就會通過文化層面讓學生進一步理解數學、喜歡數學、熱愛數學。因此,數學文化教育完全適應了素質教育的時代要求,對提高中學生的數學素質、培養良好的個性品質意義重大。
㈢ 傳統文化與數學的關系
數學是一門客觀、精確的學科,蘊藏著極其豐富的思想性,中華優秀傳統文化博大精深、源遠流長,是我們的國粹,是我們炎黃子孫的精神財富,如何將數學與傳統文化教育相結合,充分發揮傳統文化獨特而強大的功能,引導學生在感受、感悟我國豐富的民族數學文化遺產的過程中,同時培養數學文化素養、開發智能?是每一位數學教師都在思考的問題,我們主要做了以下幾個方面的嘗試:
一、走近數學名人
運用教材中反映我國歷代數學家對數學研究作出巨大貢獻的實例教育學生,如:劉徽在對《九章算術》中一些問題的補充證明中,顯示了他在多方面的創造性的貢獻。他是世界上最早提出十進小數概念的人,並用十進小數來表示無理數的立方根。在代數方面,他正確地提出了正負數的概念及其加減運算的法則;改進了線性方程組的解法。在幾何方面,提出了"割圓術",即將圓周用內接或外切正多邊形窮竭的一種求圓面積和圓周長的方法。他利用割圓術科學地求出了圓周率π≈3.14的結果。劉徽在割圓術中提出的"割之彌細,所失彌少,割之又割以至於不可割,則與圓合體而無所失矣",這可視為中國古代極限觀念的佳作。通過研究還知道了劉徽一生剛直不阿,在任何條件下都敢於發表自己的見解,敢於修正前人的錯誤。他在研究數學的過程中,不僅重視理論研究,而且也很注意理論聯系實際。他的治學精神是大膽、謹慎、認真。他對自己還沒有解答的問題,把自己感到困難的地方老老實實地寫出來,留待後人去解決。劉徽的一生是為數學刻苦探求的一生.他雖然地位低下,但人格高尚。他不是沽名釣譽的庸人,而是學而不厭的偉人。通過這樣對古代數學家、名人的研究,使學生懂得我國不但有燦爛的古代文明,我國人民也富有聰明才智。在原古落後的時代,便有如此偉大的數學家,有如此偉大的數學成就,而今科學這樣高度發達,我們若不努力學習,真是愧對古人。從而讓學生以他們為榜樣,從小樹立起為國家富強、為民族振興而發奮讀書、頑強拼搏、積極奉獻的責任感。
二、搜集數學史料
教材中的「你知道嗎?」其中多為數學史料,介紹我國古代數學家對數學研究的突出貢獻。教師在教學中,適時地介紹一些數學史知識,充分挖掘出教材中蘊含的數學史料並將這些內容與數學課堂教學緊密聯系起來,不但能豐富學生的學習內容,還能引起學生學習的主動性,培養學生的民族自豪感和責任感,從而達到向學生進行愛國主義教育的目的。如在學習《圓的周長》時,學生通過實驗發現圓的周長總是直徑的3倍多一些,這時教師適時引出圓周率,然後向學生介紹,很早以前,人們就開始研究圓周率到底是多少。約2000前,中國的古代數學著作里《周髀算經》中就有「周三徑一」的說法,意思是說圓的周長是直徑的3倍。約1500年前,中國有一位偉大的數學家和人文學家祖沖之。他計算出圓周率應在
3.1415926和3.1415927之間,成為世界上第一個把圓周率的值的計算精確到7位小數的人。他的這項偉大成就比國外數學家得出這樣精確數值的時間,至少要早一千年!通過這段話的學習激起學生強烈的民族自豪感。這時再向學生布置一項拓展作業:查閱資料,了解圓周率的歷史、古人圓周率的計算方法、圓周率的計算歷史、祖沖之的生平及故事等,利用專門時間組織學生匯報交流。在這個過程中,學生不僅了解了我國古代數學家計算圓周率的方法和圓周率的計算歷史,更體會到了我們古代數學家的偉大和他們所創造的輝煌的歷史成就。再比如學習《圓的認識》,向學生介紹早在兩千多年前,我國古代就有對圓的精確記載,墨子是我國偉大的思想家,在他的一部著作中有這樣的描述「圓、一中同長也」, 這個發現比西方整整早了1000多年。我國古代對於圓的記載還遠不止這些。在《周髀算經》里有這么一句話「圓出於方,方出於矩」。 通過這樣的介紹和研究,激起學生強烈的民族自豪感,達到了向學生進行愛國主義教育的目的,從而讓學生從小樹立起為國家富強、為民族振興而發奮讀書、頑強拼搏、積極奉獻的責任感。
三、欣賞傳統圖案
我國傳統圖案種類繁多,內容豐富,它既代表著中華民族的悠久歷史,社會的發展進步,也是世界文明藝術寶庫中的巨大財富。從那些變幻無窮,淳樸渾厚的傳統圖案中,我們可以看到各個時代的工藝水平和中華民族一脈相承的文化傳統。在數學教材第九冊《圓》一單元,展示給學生的有戰國時期的外圓內方銅鏡、銅錢、玉璧、花瓣狀門洞、福建土樓等等一些古代物品圖案。在學習之前,教師把全班同學分成五個小組,分別去查找有關資料,每副圖案的出處,年代、以及代表的含義或者所蘊含的數學思想。學生積極參與其中,收到了不錯的效果。經過對資料的了解和觀察,學生發現圖案的設計用到了數學知識中的旋轉和對稱的手法,力求體現完美和諧,追求美好的生活。學生在欣賞精美絕倫圖案的同時,感受到中國燦爛的紡織繪畫藝術,感受到了數學中的美。
四、了解古代測量工具
在六年級上冊第二單元《位置與方向》,主要通過路線圖讓學生學會辨認路線圖,並會畫出路線圖。說起辨認方向,學生最先可以想起辨認方向的工具——指南針。作為古代四大發明之一的「指南針」,早已為我們所熟知,但關於「指南針」一些背後的歷史,我們的學生卻知之甚少。於是,結合本單元內容,教師設計了兩項內容:(一)、現在我們認識到的方位名詞有:東、南、西、北。那麼,古代表示方位的名詞又有那些呢?通過調查,學生了解到:古代除了用東南西北等表示地理方位以外,大致還有以下10種方法:1.以陰陽表示、2.以五行表示3、以五色表示4.以四季表示 5.以四獸表示6.以左右表示7.以八卦表示8.以數字表示 9.以天乾地支表示10.以星宿表示。關於指南針。1、指南針的歷史故事2、指南針的起源3、指南針的發明4、指南針的發展通過這兩項內容的了解,大大豐富了學生的知識儲備,特別是對古代方位詞的認識,以及對指南針的發明、演變過程的研究,大大提高了他們繼續探究的興趣,初步為學生揭開了古代傳統的神秘大門。
總之,在數學課堂中滲透傳統文化教育方法也應是多種多樣、豐富多彩的,讓傳統文化滲透到教學實踐中,努力讓學生在學習數學的過程中,受到中華傳統文化的感染,產生共鳴,體會到傳統文化的價值所在,為今後的成長和發展奠定堅實的基礎。
㈣ 在數學教學中怎樣體現傳統文化
一 教學情境的引入要具「傳統味」
數學的教學過程要緊密聯系學生的生活實際,從學生的生活經驗和已有的知識出發,創設生動有趣、有助於學生自主學習、合作交流的情境,才能讓學生在生動、具體、現實的情境中去感受、體驗、探索。我在教學二年級下冊《分蘋果》時是通過講述《孔融讓梨》的故事來進行引入的。因為低年級的同學年齡小,聽故事是小孩子最感興趣的事了。我就利用學生的這一特點,讓學生感受故事裡蘊含的謙虛禮讓,尊老愛幼的道理。同時也為引入《分蘋果》這一課的教學打下了很好的基礎,學生的學習積極性也被調動了起來。
二 數學實踐活動設計要具有「傳統」特色
實踐活動教學是指在教學過程中,以直接經驗和綜合信息為主要內容,以具有教育性、創造性、實踐性、操作性的學生主體活動為主要形式,以激勵學生主動參與、主動思考、主動探索、主動創造為基本特徵,以促進學生整體素質全面提高為目的的一種新型的教學觀念和教學形式。新課程實施以來,教學中越來越重視學生的親身體驗,而數學活動在增強學生的應用數學的能力方面的作用是不言而喻的,我還發現,巧妙的設計還會成為對學生進行傳統文化教育的契機。《生活中的大數》是北師大版二年級下冊第三單元的內容。在這一單元《撥一撥》中,學生很系統地了解了計數器。但對於算盤這種計算工具,學生是比較陌生的。教材中也只是簡單地介紹了算盤產生的年代以及算盤算珠的簡單的表示數的方法。但我想,算盤作為一種古代發明而今天仍在使用的工具來說,有必要讓學生進行廣泛而深入的探究。於是,我就讓學生利用課余時間搜集與古代的計算工具算盤有關的知識,主要解決下列問題:1、算盤的產生2、算盤的發展3、算盤的結構4、如何用算盤進行簡單的計算。通過調查,學生不僅了解到算盤是中國古代發明的計算器,它還享有中國「第五大發明」的美譽。通過實踐活動,學生對這種起源於古代的計算工具有了較為深刻的認識,豐富了學生傳統文化方面的知識,也充分感受了古代勞動人民的智慧。
三 利用「傳統」文化鞏固練習
傳統文化與數學知識的聯系是很密切的。教學中我們要充分挖掘傳統文化中包含的數學知識,運用在各個教學環節,一定會得到很有效的輔助作用。特別是在鞏固練習環節,傳統文化的滲透更會有許多意想不到的效果。一年級上冊有「1至10」數的認識這部分教學內容,這段內容因為一年級學生可能早已接觸過,但學得不是很深入,我們還必須按照教學大綱組織教學。在強化練習中,我們可以藉助詩歌《一去二三里》
㈤ 中國傳統文化對數學教育的影響誰有這方面資料,有的傳下,謝謝
由上一節的國際測試結果可以看出,曾受儒家文化影響過的東亞各國和地區的數學成績普遍較好。中國大陸、台灣、香港,13歲孩子的數學成績名列前茅。漢字文化圈內的日本、韓國、新加坡等國家,數學成績普遍優良。這一現象,我們首先要從文化的層面進行分析。 一. 儒家文化下的教育傳統。 儒家文化下的教育特徵,可以概括為"苦讀+考試"。中國古代的讀書人為了讀書,提倡"頭懸梁、錐刺股"。讀書的目的則是為了通過科舉考試,博取功名。這種傳統,至今對數學教育有重大影響。具體說來有: 儒家文化鼓勵讀書人"為今生今世建功立業而奮斗",讀書目的明確,有興趣要學,沒有興趣也要學。讀書的動力來源於現世功業,不寄託於"來世"。 家庭的嚴格管束。父母對子女的期望值很高,因而要求子女努力學習, "聽老師的話",遵守紀律,刻苦學習。 教育的古訓是強調背誦、模仿記憶、"熟能生巧"。"熟讀唐詩三百首, 不會做詩也會吟"。大運動量的"數學練習"是考試成功的基礎。 中國古代數學的"計算"傳統。中國帝王稱為"天子",算學為天文歷法服務。因此,計算為第一要事,至於"推理、證明"則較少涉及。普遍使用"數學"一詞是1930年代以後的事。中國的珠算技能、善背口訣存在於民俗文化之中。此外,中國的數字讀音為單音節,計算口訣琅琅上口, 便於記憶,也是一大優點。 以上特點,在中國大陸、台灣、香港,新加坡等華人聚居區,乃至日本、韓國、越南等國家,都不同程度地存在著。 二. 儒家文化本身的演繹特徵。 首先,儒家文化本身是一個演繹系統。我們可以作這樣的類比: 儒家經典相當於數學的公理 朱熹等為經典作注引申是構作定理和論證 讀書人的任務是按朱熹的標准答案做練習。 儒家文化的思想體系, 從表面上看似乎不講究邏輯推理和演繹論證。但就整體來看, 思維方式是收斂的, 封閉的, 演繹的。與此相反,凡是涉及創造、探索和發現的發散思維層面, 只要和經典論述有所抵觸,則絕對不能允許。這種演繹式的封閉思想體系,不鼓勵創新, 自然會扼殺一切創造,包括數學上創造。相比之下,儒家學說雖不重視數學, 但是對數學上的邏輯演繹方法, 卻並不拒絕和反對。 儒家文化是一種注釋文化。學者只能為聖人的話做"註解",自己的學術研究都是為了證明"聖人"的話是對的。這種思想體系不可避免地滲入中國知識分子的血液之中,在思想深處壓抑著創造性,包括數學的創新精神。 三. 清代儒家"考據文化"為數學的邏輯推理要求提供了舞台。 如果說,儒家文化宏觀上是一個收斂的演繹體系。那麼18世紀中國的考據文化則體現了儒家的治學方法。清代雍正朝大興文字獄,知識分子被迫到"故紙堆"里討生活,考證每一個字的古音古義,各種古文獻的版本、真偽、作者等等。戴震(1724-1777)為代表的考據學派,以慎重求證的治學態度,極力反對那種空泛而粗放的論證方法。戴震曾批評以前的治學方法是"依於傳聞,以擬其是;擇於眾說,以裁其優;出於空言,以定其論;據於孤證,以信其通"。也就是說,考據學派把儒家文化體系在微觀上進一步演繹化, 邏輯化了。 考據依賴邏輯。例如,考據常用反證法。"假定此書為某人所著,則將和某事實違背,因此該書不可能為某人所撰"。這種重證據,實事求是的學術精神和方法,是考據學派能夠通向現代科學,特別是數學的橋梁。著名學者梁啟超曾說: "自清代考據學派200年之訓練,成為一種遺傳。我國學子之頭腦漸趨於冷靜慎密。此種性質實為科學成立之基本要素。我國對於形的科學(數理),淵源本遠。用其遺傳上極優粹之科學頭腦,將來必可成為全世界第一等之科學國民"(《清代學術概論》。 這種"遺傳"基因,直到今天依然存在。考據訓練 = 科學精神,那麼數學思想 = 邏輯方法,就是理所當然的了。 一般以為,清代學術之特色為考據學,"明清一代學術走的是一條從反義理,重訓詁,到獨尊考據,再到兼重義理"的學術道路。這種考據到了獨尊的程度,也就形成了一種文化。我們不妨稱之為"考據文化"。考據文化使數學教育"重證據、講推理"的特點得到充分發揮。中國知識分子的"考據文化"傳統,把西方數學中的"創新"層面"過濾掉,只把"邏輯"曾面留下,以至於數學=邏輯的觀念得到普遍認可,而數學的創新則不可避免地被冷落了。胡適說:"大膽假設,小心求證"。恐怕是大膽猜想不足,小心求證有餘。數學上的創新想法得不到鼓勵,一旦有小錯,便被指責為犯"科學性錯誤",一輩子抬不起頭來。在數學課堂上,此類現象絕非少見。 四. 儒家的"科舉考試制度"形成了考試文化。 考試作為教育的指揮棒,古今中外都一樣,但在中國更為突出。自從隋文帝於公元597年實行科舉制度以來,通過考試博取功名,成為知識分子的唯一目標。 明清兩代的八股文考試,使教育的目標更加貼近"金榜題名時, 洞房花燭夜"的人生追求。這種觀念成為一種考試文化,一直影響到今天,數學教育自然也不能例外。 愛因斯坦在1935年紐約州立大學的一次畢業典禮上,認為舊學校給學生太多的"好勝心",而不注意培養學生的"好奇心"。李政道教授在復旦大學對大學生的演講時說過,我們的傳統總把學習"做學問",為什麼你們老是在做"學答"? 這些話都是針對考試文化的弊端而說的。 實際上,考試是一把雙刃劍。作為人才選拔,公平的考試是不可缺少的,至少在今天還沒有辦法加以取代。中國的統一高考制度,在歷史上起過重要作用,在今後一段時間里必定還會繼續。統一考試的弊端是"千軍萬馬過獨木橋",大家都做同樣的題目,沒有創造,沒有個性。當代"高考"的危險在於"八股化"。對於八股考試的危害一面,我們的認識不能說很夠了。
㈥ 數字五有關的傳統文化知識有哪些
在我國傳統文化中,不少數字具有特殊的含義。而數字「五」,常具有某種吉祥的意義。如在民間俗語中就有五穀豐登、福來是五的說法。數字「五」為什麼獲得吉祥的寓義,它與其他數字相比到底有哪些不同呢?筆者擬就此談一點拙見,以就教於方家。一、數字「五」經常體現了人類及許多事物完美存在狀態的結構律
數字「五」體現了人與許多生物體自然生命形態完整、強健與美好的結構律我國古代就將人的肢體與器官歸納為五官、五臟、五體、五指、五趾、五經等帶數字「五」的名稱。五官,指人的眼、耳、鼻、舌、身。五臟,又稱五腑或五內,指人的心、肝、胃、腸、肺。五經,據《素問·經脈別論》:「水精四布,五經並存。」指五臟的經脈。人手有五指,腳有五趾,頭與四肢合稱五體。同人類相似,在自然界中,許多生物體或其器官自然形態是五角形的。如多種植物花朵呈五瓣綻開;五斂子的漿果,有五條棱;海星為五角形;古人名之為龍的鱷前趾為五趾。一切生物體的肢體或器官都是客觀自然生成的某種存在狀態。而這些生命形態,對每一個生物體生存狀況及其發展又都相當重要。對人與許多生物來說,其肢體或器官合於數字「五」,往往是健全、美好的;不合於五,常常是殘缺、醜陋
㈦ 中國傳統手工藝運用哪些數字知識
中國傳統手工藝運用對稱的應用,變換,軸對稱,中心對稱數學知識。例如傳統藝術剪紙就運用了軸對稱,中心對稱這些數學知識。
中國傳統民間技藝是中國民間傳承下來的工藝,如剪紙是中國最普及的民間傳統裝飾藝術之一,有著悠久的歷史。因其材料易得,成本低廉,效果立見、適應面廣,樣式千姿百態,形象普遍生動而受歡迎。
傳統工藝的含義
中國傳統民間技藝是中國民間傳承下來的工藝,如剪紙是中國最普及的民間傳統裝飾藝術之一,有著悠久的歷史。因其材料易得,成本低廉,效果立見,適應面廣,樣式千姿百態,形象普遍生動而受歡迎,更因它最適合農村婦女閑暇製作,既可作實用物,又可美化生活。
全國各地都能見到剪紙,甚至形成了不同地方風格流派。剪紙不僅表現了群眾的審美愛好,並蘊含著民族的社會深層心理,也是中國最具特色的民藝之一,其造型特點尤其值得研究。民間剪紙作為中國本源哲學的體現,在表現形式上有著全面,美化,吉祥的特徵,同時民間剪紙用自己特定的表現語言,傳達出傳統文化的內涵和本質。
㈧ 試述中國古代數學的特點
3 中國古代數學思想特點
(1). (實用性)《九章算術》收集的每個問題都是與生產實踐有聯系的應用題,以解決問題為目的.從《九章算術》開始,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.這不僅表現在中國的算學經典基本上都遵從問題集解的體例編纂而成,而且它所涉及的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情況和需要,以致史學家們常常把古代數學典籍作為研究中國古代社會經濟生活、典章制度(特別是度量衡制度),以及工程技術(例如土木建築、地圖測繪)等方面的珍貴史料.而明代中期以後興起的珠算著作,所論則更是直接應用於商業等方面的計算技術.中國古代數學典籍具有濃厚的應用數學色彩,在中國古代數學發展的漫長歷史中,應用始終是數學的主題,而且中國古代數學的應用領域十分廣泛,著名的十大算經清楚地表明了這一點,同時也表明「實用性」又是中國古代數學合理性的衡量標准.這與古代希臘數學追求純粹「理性」形成強烈的對照.其實,中國古代數學一開始就同天文歷法結下了不解之緣.中算史上許多具有世界意義的傑出成就就是來自歷法推算的.例如,舉世聞名的「大衍求一術」(一次同餘式組解法)產於歷法上元積年的推算,由於推算日、月、五星行度的需要中算家創立了「招差術」(高次內插法);而由於調整歷法數據的要求,歷算家發展了分數近似法.所以,實用性是中國傳統數學的特點之一.
(2).(演算法程序化)中國傳統數學的實用性,決定了他以解決實際問題和提高計算技術為其主要目標.不管是解決問題的方式還是具體的演算法,中國數學都具有程序性的特點.中國古代的計算工具是算籌,籌算是以算籌為計算工具來記數,列式和進行各種演算的方法.有人曾經將中國傳統數學與今天的計算技術對比,認為算籌相應於電子計算機可以看作「硬體」,那麼中國古代的「算術」可以比做電子計算機計算的程序設計,是一種軟體的思想.這種看法是很有道理的.中國的籌算不用運算符號,無須保留運算的中間過程,只要求通過籌式的逐步變換而最終獲得問題的解答.因此,中國古代數學著作中的「術」,都是用一套一套的「程序語言」所描寫的程序化演算法.各種不同的籌法都有其基本的變換法則和固定的演算程序.中算家善於運用演算的對稱性、循環性等特點,將演算程序設計得十分簡捷而巧妙.如果說古希臘的數學家以發現數學的定理為目標,那麼中算家則以創造精緻的演算法為已任.這種設計等式、演算法之風氣在中算史上長盛不衰,清代李銳所設計的「調日法術」和「求強弱術」等都可以說是我國古代傳統的遺風. 古代數學大體可以分為兩種不同的類型:一種是長於邏輯推理,一種是發展計算方法.這也大致代表了西方數學和東方數學的不同特色.雖然以算為主的某些特點也為東方的古代印度數學和中世紀的阿拉伯數學所具有,但是,中國傳統數學在這方面更具有典型性.中算對於算具的依賴性和形成一整套程序化的特點尤為突出.例如,印度和阿拉伯在歷史上雖然也使用過土盤等算具,但都是輔助性的,主要還是使用筆算,與中國長期使用的算籌和珠算的情形大不相同,自然也沒有形成像中國這樣一貫的與「硬體」相對應的整套「軟體」.
(3).(模型化)「數學模型」是針對或參照某種事物系統的特徵或數量關系,採用形式話數學語言,概括的近似地表達出來的一種數學結構.古代的數學模型當然沒有這樣嚴格,但如果不要求「形式化的數學語言」,對「數學結構」也作簡單化的解釋,則仍然可以應用這個定義.按此定義,數學模型與現實世界的事物有著不可分割的關系,與之有關的現實事物叫做現實原形,是為解釋原型的問題才建立應用數學模型的.《九章算術》中大多數問題都具有一般性解法,是一類問題的模型,同類問題可以按同種方法解出.其實,以問題為中心、以演算法為基礎,主要依靠歸納思維建立數學模型,強調基本法則及其推廣,是中國傳統數學思想的精髓之一.中國傳統數學的實用性,要求數學研究的結果能對各種實際問題進行分類,對每類問題給出統一的解法;以歸納為主的思維方式和以問題為中心的研究方式,傾向於建立基本問題的結構與解題模式,一般問題則被化歸、分解為基本問題解決.由於中國傳統數學未能建立起一套抽象的數學符號系統,對一般原理、法則的敘述一方面是藉助文辭,一方面是通過具體問題的解題過程加以演示,使具體問題成為相應的數學模型.這種模型雖然和現代的數學模型有一定的區別,但二者在本質上是一樣的.
(4).(寓理於算)由於中國傳統數學注重解決實際問題,而且因中國人綜合、歸納思維的決定,所以中國傳統數學不關心數學理論的形式化,但這並不意味中國傳統僅停留在經驗層次上而無理論建樹.其實中國數學的演算法中蘊涵著建立這些演算法的理論基礎,中國數學家習慣把數學概念與方法建立在少數幾個不證自明、形象直觀的數學原理之上,如代數中的「率」的理論,平面幾何中的「出入相補」原理,立體幾何中的「陽馬術」、曲面體理論中的「截面原理」(或稱劉祖原理,即卡瓦列利原理)等等.
中國古代數學的特點雖然在一定的程度上促進了其自身的發展,但正是因為這其中的某些特點,中國古代數學走向了低谷.
4 中國古代數學由興轉衰的原因分析
(1).獨尊儒術,蔑視邏輯.漢武帝時,「罷黜百家,獨尊儒術」使得當時注重形式邏輯的墨子思想未能得到繼承和發展.儒家思想講究簡約,而忽視了邏輯思維的過程.這一點從中國古代的典籍中能找到最准確的說明.《周髀算經》中雖然給出了勾股定理,但卻沒給出證明.《九章算術》同樣只在給出題目的同時,給出一個結果和計算的程式,對其中的邏輯思維卻沒有去說明.中國古代數學這種只注重計算形式(即古代數學家所謂的「術」)與過程,不注重邏輯思維的做法,在很長一段時間里禁錮了中國古代數學發展.這種情況的出現當然也有其原因,中國古代傳統數學主要是在算籌的基礎上發展起來的,後來發展到以算盤為工具的計算時代,但是這些工具的使用在另一方面為中國人提供了一種程式化的求解方法,從而忽視了其中的邏輯思維過程.此外,中國傳統數學講究「寓理於算」.即使高度發達的宋元數學也是如此.數學書是由一系列的數學問題組成的.你也可以稱它們為「習題解集」.數學理論以『術」的形式出現.早期的「術」只有一個過程,後人就紛紛為它們作注,而這些注釋也很簡約.實際上就是舉例「說明」,至於說明了什麼,條件變一下怎麼辦,就要讀者自已去總結了,從來不會給你一套系統的理論.這是一種相對原始的做法.但隨著數學的發展,這種做法的局限性就表現出來了,它極不利於知識的總結.如果只有很少一點數學知識,那麼,問題還不嚴重,但隨著數學知識的增長,每個知識點都用一個題目來包裝,而不把它們總結出來就難以從整體上去把握這些知識.這無論對學習數學還是研究,發展數學都是不利的.
(2). 崇尚玄學,迷信數術,歪曲數學思想.魏晉時期,儒學雖然受到一定的沖擊,但其統治地位並未受到動搖.老莊學說和儒家學說相反相成便形成了玄學.玄學原本探究的是有關人生的哲學,但後來與數學混在了一起.古人曾就常常以玄術來解釋數學問題,使得數學概念和方法遭到歪曲.張衡是我國著名科學家.當時他雖然已經知道圓周率「周一徑三」不準確,但由於他始終相信「周一徑三」來源於「參天兩地」的說法,一直沒深入探究,因而未能將圓周率推算到更精確的地步,這不能不說是一大遺憾.當玄術和數術充塞數學時,數學已經明顯存有落後的隱患.
(3). 故步自封,墨守成規,拒絕數學符號.中國古代數學是以漢語描述的,歷來不重視漢字以外的數學符號,給邏輯思維帶來很大的困難,使我國長期不能形成演繹推理的傳統,嚴重影響了我國數學的發展.從明朝開始,中國就走上了閉關鎖國的道路.這種行為與小農思想相適應,早在秦代就已經出現端倪,建一條長城將自己圍起來,對外面的東西不聞不問.相比之下,西方在度過了中世紀的黑暗時期後,進入了文藝復興時期.歐洲的擴張、航海技術開闊了西方人的眼界,同時也大大推動了數學的發展.在18世紀的改革和動盪中,新出現的資產階級推翻了英、法的君主政治.封建的政治、社會和經濟思想被經典的自由主義哲學所取代,這種哲學促進了19世紀的工業革命.社會生產力的提高成了西方數學發展的源源不斷的動力.最終,近代的數學在西方被建立起來,而曾是數學大國之一的中國,在其中卻無所作為.
(4). 此外,中國長期處於封建社會,遲遲未能進入資本主義階段,也是導致中國古代數學發展停頓的直接原因.從整體上看,數學是與所處的社會生產力相適應的.中國社會長期處於封閉的小農經濟環境,生產力低下,不僅沒有工業,商業也不發達.整個社會對數學沒有太高的要求, 自然研究數學的人也就少了. 恩格斯說,天文學和力學是推動數學發展的動力,而在當時的中國這種動力已趨近枯竭.
㈨ 中國古代數學的歷史
春秋前中國數學的萌芽
我們的先民在從野蠻走向文明的漫長歷程中,逐漸認識了數與形的概念。出土的新石器時期的陶器大多為圓形或其他規則形狀,陶器上有各種幾何圖案,通常還有三個著地點,都是幾何知識的萌芽。先秦典籍中有「隸首作數」、「結繩記事」、「刻木記事」的記載,說明人們從辨別事物的多寡中逐漸認識了數,並創造了記數的符號。殷商甲骨文(公元前14—前11世紀)中已有13個記數單字,最大的數是「三萬」,最小的是「一」。一、十、百、千、萬,各有專名。其中已經蘊含有十進位置值制萌芽。傳說伏羲創造了畫圓的「規」、畫方的「矩」,也傳說黃帝臣子倕[chui垂]是「規矩」和「准繩」的創始人。早在大禹治水時,禹便「左准繩」(左手拿著准繩),「右規矩」(右手拿著規矩)(《史記·禹本紀》)。因此,我們可以說,「規」、「矩」、「准」、「繩」是我們祖先最早使用的數學工具。人們丈量土地面積,測算山高谷深,計算產量多少,粟米交換,制定歷法,都需要數學知識。《周髀〔bi婢〕算經》載商高答周公問,提到用矩測望高深廣遠。相傳西周初年周公(公元前11世紀)制禮,數學成為貴族子弟教育中六門必修課程——六藝之一。不過當時學在官府,數學的發展是相當緩慢的。
春秋時期,隨著鐵器的出現,生產力的提高,中國開始了由奴隸制向封建制的過渡。新的生產關系促進了科學技術的發展與進步。此時王權衰微,疇人四散,私學開始出現。最晚在春秋末年人們已經掌握了完備的十進位置值制記數法,普遍使用了算籌這種先進的計算工具。人們已諳熟九九乘法表、整數四則運算,並使用了分數。
戰國至兩漢中國數學框架的確立
戰國時期,各諸侯國相繼完成了向封建制度的過渡。思想界、學術界諸子林立,百家爭鳴,異常活躍,為數學和科學技術的發展創造了良好的條件。盡管沒有一部先秦的數學著作留傳到後世,但是,人們通過田地及國土面積的測量,粟米的交換,收獲及戰利品的分配,城池的修建,水利工程的設計,賦稅的合理負擔,產量的計算,以及測高望遠等生產生活實踐,積累了大量的數學知識。據東漢初鄭眾記載,當時的數學知識分成了方田、粟米、差分、少廣、商功、均輸、方程、贏不足、旁要九個部分,稱為「九數」。九數確立了《九章算術》的基本框架。
秦始皇結束了列國紛爭,首次建立了中央集權的封建帝國,本應有利於數學的發展。但他的專制政策窒息了百家爭鳴的學術空氣。秦朝的殘暴統治,尤其是焚書坑儒,給中國文化事業造成空前的浩劫。不久,劉邦利用推翻暴秦的農民起義,統一了中國,建立了漢朝,史稱西漢。西漢政府與民生息,社會生產力得到恢復、發展,給數學和科學技術的發展帶來新的活力,人們提出了若干算術難題,並創造了解勾股形、重差等新的數學方法。同時,人們注重先秦文化典籍的收集、整理。作為數學新發展及先秦典籍的搶救工作的結晶,便是《九章算術》的成書。《九章算術》(省稱《九章》)是中國最重要的數學經典,它之於中國和東方數學,大體相當於《幾何原本》之於希臘和歐洲數學。在世界古代數學史上,《九章》與《原本》像兩顆璀燦的明珠,東西輝映。
《九章》之前還有一部《周髀算經》,它本是一部以數學方法闡述蓋天說的天文著作,一般認為於公元前1世紀成書。卷上記載了商高答周公問,陳子答榮方問。前者有勾股定理的特例32+42=52,後者有用勾股定理及比例演算法測太陽高遠及直徑的內容。近年湖北省張家山出土的竹簡《算數書》正在整理,其少廣一問與《九章》少廣章第1問基本相同,兩者的關系有待於研究。
《九章》集先秦到西漢數學知識之大成。據東漢末大學者鄭玄(公元127—200年)引東漢初鄭眾(?—公元83年)說,西漢在先秦九數基礎上又發展出勾股、重差兩類數學方法。魏劉徽說:《九章》是由九數發展而來的,由於秦朝焚書而散壞。西漢張蒼(?—公元前152年)、耿壽昌(公元前1世紀)收集秦火遺殘,加以整理刪補,便成為《九章算術》。方田章提出了完整的分數運演算法則,各種多邊形、圓、弓形等的面積公式;粟米章提出了比例演算法;衰[cui崔]分①章提出了比例分配法則;少廣章給出了完整的開平方、開立方程序;商功章討論各種立體體積公式及工程分配方法;均輸章解決賦役中的合理負擔,也是比例分配問題,還有若干結合西漢社會實際的算術雜題;盈不足章解決盈虧問題及可以用盈不足術解決的一般算術問題;方程章是線性方程組解法,並給出了正負數加減法則;勾股章由旁要發展而成,提出了勾股定理、解勾股形及若干測望問題的方法。全書以計算為中心,有90餘條抽象性演算法、公式,246道例題及其解法,基本上採取演算法統率應用問題的形式。它的許多成就居世界領先地位,奠定了此後中國數學居世界前列千餘年的基礎。《九章》分類不甚合理,沒有任何定義和推導,少數公式不準確,個別公式有錯誤,則是不容諱言的缺點。《九章》的框架、形式、風格和特點深刻影響了中國和東方的數學。
《九章算術》成書後,注家蜂起。《漢書·藝文志》所載《許商算術》、《杜忠算術》(公元前1世紀)估計為研究《九章》的作品。東漢馬續、張衡、劉洪、鄭玄、徐岳、王粲等通曉《九章算術》,或為之作注。這些著作都未傳世,從後來劉徽(今山東鄒平人,生卒不詳)《九章算術注》所反映的信息看,這些研究基本上停留在歸納驗證《九章算術》的正確性方面,理論上未能在《九章》基礎上作出長足進步。
魏晉至唐初中國數學理論體系的建立
《九章算術》之後,中國的數學著述基本上採取兩種方式:一是為《九章算術》作注;二是以《九章算術》為楷模編纂新的著作。經過兩漢社會經濟和科學技術的大發展,到魏晉,中國封建社會進入一個新的階段,庄園農奴制和門閥士族占據了經濟政治舞台的中心。思想文化領域中,儒家的統治地位被削弱,讖緯迷信和繁瑣的經學退出歷史舞台,代之以談三玄——《周易》、《老子》、《莊子》為主的辯難之風。學者們通過析理,探討思維規律,思想界出現了戰國的百家爭鳴以來所未有過的生動局面。與此相適應,數學家重視理論研究,力圖把自先秦到兩漢積累起來的數學知識建立在必然的可靠的基礎之上。劉徽和他的《九章算術注》便是這個時代造就的最偉大的數學家和最傑出的數學著作。
大約與劉徽同時或稍前,有趙爽(又名嬰,字君卿,生卒不詳,估計是三國吳人)的《周髀算經注》,其可觀者為「勾股圓方圖」,用600餘字概括了兩漢以來勾股算術的成果。
劉徽《九章算術注》作於魏景元四年(公元263年),原十卷。前九卷全面論證了《九章》的公式、解法,發展了出入相補原理、截面積原理、齊同原理和率的概念,在圓面積公式和錐體體積公式的證明中引入了無窮小分割和極限思想,首創了求圓周率的正確方法,指出並糾正了《九章》的某些不精確的或錯誤的公式,探索出解決球體積的正確途徑,創造了解線性方程組的互乘相消法與方程新術,用十進分數逼近無理根的近似值等,使用了大量類比、歸納推理及演繹推理,並且以後者為主。第十卷原名重差,為劉徽自撰自注,發展完善了重差理論,此卷後來單行,因第一問為測望一海島的高遠,名之曰《海島算經》。他還著有《九章重差圖》一卷,已佚。劉徽生活在辯難之風興起而尚未流入清談的魏晉之交,受思想界「析理」的影響,對《九章算術》「析理以辭,解體用圖」(《九章算術注·序》),並對各種演算法進行總結分析,認為數學像一株枝條雖分而同本乾的大樹,發自一端,形成了一個完整的理論體系。劉徽博覽群書,諳熟諸子百家,他不迷信古人,敢於創新,實事求是。對他未能解決的牟合方蓋,坦誠直書,表示「以俟能言者」(《九章算術·少廣章注》),表現了一位偉大學者寄希望於後學的坦盪胸懷。
《孫子算經》三卷,常被誤認為春秋軍事家孫武所著,實際上是公元400年前後的作品,作者不詳。這是一部數學入門讀物,給出了籌算記數制度及乘除法則等預備知識,其河上盪杯、雞兔同籠等問題後來在民間廣泛流傳,「物不知數」題則開一次同餘式解法之先河。張丘建(今山東人,生平不詳)著的《張丘建算經》三卷,成書於北魏(5世紀下半葉)。此書補充了等差級數的若干公式,其百雞問題是著名的不定方程問題,後世十分重視。
《綴術》包含了祖沖之(公元429—500年)和兒子祖暅〔geng 更〕之(一作祖暅,生平不詳)的數學貢獻。由於其內容深奧,隋唐算學館學官(相當於今天大學數學系教授)讀不懂,遂失傳。據認為,將圓周率精確到八位有效數字、球體積的解決及含有負系數的二次、三次方程皆是其中的內容。祖沖之,字文遠,祖籍范陽逎(今河北省淶源縣)人。劉宋大明六年(公元462年)造大明歷,使用歲差,改革閏制。他的改革遭到守舊派官僚戴法興的反對,祖沖之不畏權勢,據理駁斥,堅持了反對讖緯迷信,不虛推古人,實事求是的科學精神。他對機械深有研究,製造過水碓、水磨、指南車、千里船、漏壺等,並著《安邊論》、《述異記》等。祖暅之,字景爍。從小愛好數學,巧思入神,極其精微。專心致志之時,雷霆不能入。有一次走路時思考問題,僕射徐勉迎面而來竟然沒有發現,頭撞到徐勉身上,徐勉喚他,他才知道撞了人。其父的《大明歷》經他的努力在梁朝頒行。
北周甄鸞(今河北無極人,生卒不詳)有三部數學著作傳世,即《五曹算經》、《五經算術》、《數術記遺》。前二部內容淺近,無足道者。《數術記遺》一卷,傳本題(東)漢徐岳撰、北周甄鸞注,近人多以為系甄鸞自撰自注,假託徐岳。書中記載了三種大數進位制及14種演算法,其中珠算雖不同於元明的珠算盤,然開後者之先河,似無可疑。
隋唐是中國封建社會經濟政治文化的鼎盛時期,然而數學上除天文歷法研究中劉焯(公元544—610年)創造等間距內插公式(7世紀初)和僧一行(公元683—727年)創造不等間距內插公式(8世紀)外,幾無創造,數學成就及理論水平遠遠低於魏晉南北朝。唐初王孝通(生卒不詳)撰《緝古算經》一卷,解決了若干復雜的土方工程及勾股問題,且都用三次或四次方程解決,是為現存記載三次、四次方程的最早著作。然而,《緝古算經》未必是高於《綴術》的著作。王孝通是歷算博士,曾任太史丞,在天文歷法方面是保守的。他在《上〈緝古算經〉表》中指責《綴術》全錯不通,於理未盡,大約他與當時別的數學家一樣讀不懂《綴術》。他自詡他的《緝古算經》千金不能排其一字,他一旦瞑目,其方法後人莫曉。科學家不必作謙謙君子,但如此狂妄,也是不足取的。
隋唐統治者在國子監設算學館,置算學博士、助教指導學生學習。唐李淳風等奉敕於顯慶元年(公元656年)為《周髀算經》、《九章算術》、《海島算經》、《孫子算經》、《夏侯陽算經》、《綴術》、《張丘建算經》、《五曹算經》、《五經算術》、《緝古算經》等十部算經作注,作為算學館教材,這就是著名的《算經十書》,該書是中國古代數學奠基時期的總結。李淳風等注釋保存了許多寶貴資料,但注釋水平並不高。由於種種原因,算學館實際未培養出像樣的數學家。
唐中葉至宋元中國數學的高潮
經過盛唐的大發展,唐中葉之後,生產關系和社會各方面逐漸產生新的實質性變革,到10世紀下半葉,趙匡胤建立宋朝,統一中國,中國封建社會進入了另一個新的階段,土地所有制以國有為主變為私有為主,租佃農民取代了魏唐的具有農奴身份的部曲、徒附。農業、手工業、商業和科學技術得到更大發展。中國古代四大發明,有三項——印刷術之廣泛應用及活字印刷,火葯用於戰爭,指南針用於航海——完成於唐中葉至北宋。宋秘書省於元豐七年(公元1084年)首次刊刻了《九章算術》等十部算經(時《夏侯陽算經》、《綴術》已失傳,因8世紀下半葉一部韓延《算術》開頭有「夏侯陽曰」雲雲而誤認為是前者而刻入,後者只好付之闕如),是世界上首次出現的印刷本數學著作。後來南宋數學家鮑澣之翻刻了這些刻本,有《九章算術》(半部)、《周髀算經》、《孫子算經》、《五曹算經》、《張丘建算經》五種及《數術記遺》等孤本流傳到現在,是目前世界上傳世最早的印刷本數學著作。宋元數學家賈憲、李冶、楊輝、朱世傑的著作,大都在成書後不久即刊刻。數學著作藉助印刷術得以空前廣泛的流傳,對傳播普及數學知識,其意義尤為深遠。
宋元數學高潮早在唐中葉已見端倪。隨著商業貿易的蓬勃發展,人們改進籌算乘除法,新、舊《唐書》記載了大量這類書籍,可惜絕大多數失傳,只有韓延(生平不詳)《算術》(8世紀)以《夏侯陽算經》的名義流傳下來,該書提出了若干化乘除為加減的捷演算法,並在運算中使用了十進小數,極可寶貴。
11世紀上半葉賈憲(生平不詳)撰《黃帝九章算經細草》,是為北宋最重要的數學著作。賈憲曾任左班殿直(低級武官),是當時著名天文學家、數學家楚衍的學生。還著有《演算法𢽾古集》二卷,已佚。他將《九章算術》未離開題設具體對象甚至數值的術文大都抽象成一般性術文,提高了《九章算術》的理論水平;他對某些類型的數學問題進行概括,比如提出開方作法本源即賈憲三角,作為他提出的立成釋鎖(即開方)法的算表,這是開方問題的綱;他提出了若干新的重要方法,其中最突出的是創造增乘開方法,並提出了開四次方的程序。賈憲的思想與方法對宋元數學影響極大,是宋元數學的主要推動者之一。《黃帝九章算經細草》因被楊輝《詳解九章演算法》抄錄而大部分保存了下來(闕卷一、二及卷三上半部,卷五的一部分)。
大科學家沈括(公元1031—1095年)對數學有獨到的貢獻。在《夢溪筆談》中首創隙積術,開高階等差級數求和問題之先河,又提出會圓術,首次提出求弓形弧長的近似公式。
12世紀北宋劉益(生平不詳)撰《議古根源》,亦失傳。楊輝《田畝比類乘除捷法》引用了它的若干題目與方法。《綴術》失傳之後,開方式的系數仍皆為正數,劉益突破了這個限制,首先引入負系數方程,並創造了益積開方術與減從開方術求其正根,楊輝譽之為「實冠前古」。
1127年金朝入主中原,趙宋南遷,史稱南宋。1234年,蒙古貴族滅金,後來建立元朝。1279年元滅南宋,佔領中國。13世紀中葉至14世紀初,是宋元數學高潮的集中體現,也是中國歷史上留下重要數學著作最多的半個世紀,並形成了南宋統治下的長江中下游與金元統治下的太行山兩側兩個數學中心。
南方中心以秦九韶、楊輝為代表,以高次方程數值解法、同餘式解法及改進乘除捷演算法的研究為主。北方中心則以李冶為代表,以列高次方程的天元術及其解法為主。元統一中國後的朱世傑,則集南北兩個數學中心之大成,達到了中國籌算的最高水平。
1247年秦九韶撰成《數書九章》18卷。秦九韶,字道古,自稱魯郡(今山東省)人,約1202年生於普州安岳縣(今四川省)。他生活在宋元激烈斗爭的南宋末年,並捲入了南宋統治集團戰和兩派的斗爭,支持抗戰派吳潛,屢遭劉克庄等人彈劾。賈似道專權後被貶到梅州(今廣東省),不久(約公元1261年)死於任所,並在死後被追隨賈似道的周密丑詆不堪。他天資聰明好學,對數學、天文、土木建築、詩詞、音律、弓馬等都十分精通。他多次呼籲統治者施仁政,並把數學知識看成開源節流、施仁政、利國利民的有力工具。《數書九章》分大衍、天時、田域、測望、賦役、錢谷、營建、軍旅、市易九類81題,其成就之大,題設之復雜都超過以往算經,有的問題有88個條件,有的答案多達180條,軍事問題之多也是空前的,反映了秦氏對抗元戰爭的關注。大衍總數術系統解決了一次同餘式組解法;正負開方術把以增乘開方法為主導的求高次方程正根的方法發展到十分完備的程度,有的方程高達十次;線性方程組解法完全以互乘相消法取代直除法;提出了與海倫公式等價的三斜求積公式;使用了完整的十進小數表示法,等等,都是其傑出成就。
楊輝共撰五部數學著作,傳世的有四部,居元以前數學家之冠。楊輝,字謙光,錢塘(今杭州市)人,生平不詳,只知在今江浙一帶管錢糧,為政清廉。與其他大家比較,他的著作偏重於教育與普及。1261年,楊輝在劉徽注、李淳風等注釋、賈憲細草的《九章算術》基礎上作解題、比類,並補充了圖、乘除、纂類三卷,是為《詳解九章演算法》,今圖、乘除、方田、粟米、衰分上半部、商功之一部分已佚。商功章的比類中的垛積術發展了沈括的隙積術;「纂類」則打破了《九章算術》的分類格局,按方法分成乘除、互換、合率、分率、衰分、疊積、盈不足、方程、勾股九類。1262年又撰《日用演算法》,著重於改進乘除捷演算法,只有少量題目保存下來。1274年撰《乘除通變本末》三卷。卷上的「習算綱目」是一個從啟蒙到《九章》主要方法的數學教學計劃。本書還總結了九歸等乘除捷演算法及其口訣。次年編纂《田畝比類乘除捷法》二卷,引用了劉益的方法與題目,批評了《五曹算經》四不等田求法的錯誤。同年,編纂《續古摘奇演算法》二卷,對縱橫圖即幻方研究頗有貢獻。後三部書又常合稱為《楊輝演算法》。
十二、十三世紀,北方出現了許多天元術著作,大都失傳,流傳至今的最早的以天元術為主要方法的著作是李冶的《測圓海鏡》12卷(公元1248年)、《益古演段》三卷(公元1259年)。李冶(公元1192—1279年),字仁卿,號敬齋,真定欒城(今河北省)人,生於大興(今北京市)。其父為官清廉正直,李冶自幼受到良好的教養,且愛好數學,青年時便成為名重中原的學者,金詞賦科進士。入元,遂隱居於忻、崞〔guo郭〕(今山西省北部)一帶,在極為艱苦的條件下研究數學及各種學問,常粥𫘸〔zhan氈〕不繼,而聚書環堵。1251年起,主持封龍書院(今河北省)。1257、1260年兩次受到元主忽必烈召見,發表了立法度,正綱紀,進君子,退小人,減刑罰,止征戰,反對種族偏見的政治主張。他被聘為翰林學士。然而他羞於作唯天子、宰相之命是聽的御用文人,不久便以老病為辭回到封龍山。他一生文史著述頗多,僅存《敬齋古今黈》。《測圓海鏡》在洞淵九容基礎上考慮了勾股形與圓的10種基本關系,在卷二一十二中就15個勾股形與圓的關系提出了170個求圓徑長的問題,答案當然都相同。這些問題大都要用天元術列出方程。卷一是全書的理論基礎,包括圓城圖式、識別雜記等部分。圓城圖式以天、地、乾、坤等漢字表示點,是個創舉。識別雜記提出692條公式,除八條外都是正確的,集歷代勾股形與圓的關系研究之大成。《益古演段》64問,這是一部用天元術闡釋蔣周(可能是北宋人)《益古集》的方程列法的著作。其中保存了《益古集》的若干題目和舊術(方法)。
朱世傑有兩部重要著作《算學啟蒙》(公元1299年)、《四元玉鑒》(公元1303年)傳世。朱世傑,字漢卿,號松庭,燕山(今北京市)人,生平不詳。他在13世紀末以數學名家周遊全國20餘年,向他學習數學的人很多。《算學啟蒙》20門,259問,包括了從乘除及其捷演算法到增乘開方法、天元術等當時數學各方面的內容,形成了一個較完整的體系。《四元玉鑒》24門,288問,卷首給出古法七乘方圖(改進了的賈憲三角)等四種五幅圖,以及天元術、二元術、三元術、四元術的解法範例。創造四元消法,解決了多元高次方程組問題,以及高階等差級數求和問題,高次招差法問題,是本書最大的貢獻。此書是中國古代水平最高的數學著作。
楊輝、朱世傑等人對籌算乘除捷演算法的改進、總結,導致了珠算盤與珠算術的產生(大約在元中葉),完成了我國計算工具和計算技術的改革。元中後期,又出現了《丁巨演算法》、賈亨《演算法全能集》、何平子《詳明演算法》等改進乘除捷演算法的著作。
明清數學——從衰落到艱難的復興
元中葉之後,中國數學急劇衰落,元末的幾部著作只是對乘除捷演算法有所改進。明永樂年間(公元1403—1425年)修《永樂大典》,將前此的中國數學著作按起源、各種數學方法及音義、纂類等分類抄錄。漢唐宋元數學著作在明代大都散佚,清中葉修《四庫全書》,中國古算書多賴此重新面世。
明代八股取士,思想禁錮嚴重,學者們很少留心數學。顧應祥、唐順之是明代數學大家,全然不懂天元術和增乘開方法。景泰元年(公元1450年)吳敬撰《九章演算法比類大全》十卷,收集歷代應用題,亦拋棄了增乘開方法和天元術。元明之後,隨著籌算捷演算法的完備,珠算術產生並得到普及,明朝出現了一批有關珠算的著作。其最著者為程大位的《演算法統宗》(公元1592年),凡17卷,595問。此書適應商業發展的需要,以珠算為主要計算工具,並載有珠算開方法。此書在以後二、三百年問被多次翻刻、改編,流傳之廣是罕見的。程大位,字汝思,號渠賓,休寧(今黃山市屯溪區)人,曾在長江中下游地區經商,注意收集算經和數學問題,晚年撰成此書。
16世紀末,利瑪竇等歐洲傳教士來華,與徐光啟等一起翻譯《幾何原本》等著作。後來,傳教士們又引入了三角學、對數等西方初等數學,從此,中國數學開始了中西會通的階段。清朝260餘年,留下數學著作極多,都在不同程度上融會中西數學。
清宣城梅文鼎(公元1633—1721年)潛心於中西數學研究,著述甚多,其孫梅瑴成將他的著作編輯成《梅氏叢書輯要》60卷,其中數學著作13種40卷,內容遍及當時中國數學的各個門類,對清朝數學影響極大。
康熙皇帝愛好數學,他御定由梅瑴成、何國宗、明安圖、陳厚耀等編纂的《數理精蘊》53卷,全面系統地介紹了當時傳入的西方數學知識。上編立綱明體,為數理本源、幾何原本、算術原本等五卷;下編分條致用,為實用數學和借根方比例,以及對數、三角函數等40卷,表4種8卷,同樣對清朝數學產生了巨大影響。此書於雍正元年(公元1723年)印行。
1723年,雍正帝即位,認為傳教士不利於自己的統治,除少數供職於欽天監者外,將傳教士悉數趕到澳門。此後,西學的傳入遂告一段落,中國數學家一方面消化前此傳入的數學知識,一方面忙於整理中國古典數學著作。
1773年乾隆帝決定修《四庫全書》,戴震(公元1724—1777年)從《永樂大典》中輯出《周髀算經》、《九章算術》、《海島算經》、《孫子算經》、《五曹算經》、《五經算術》以及贗本《夏侯陽算經》等七部漢唐算經,並加校勘,《數書九章》、《測圓海鏡》、《四元玉鑒》等久佚的宋元算書也陸續輯出或發現,從此掀起了乾嘉時期(公元1736—1820年)研究整理中國古典數學的熱潮。古書注釋以李潢(?—公元1812年)《九章算術細草圖說》、羅士琳(公元1789—1853年)《四元玉鑒細草》影響較大。而開創性的研究則以焦循(公元1763—1820年)《里堂學算記》、汪萊(公元1768—1813年)《衡齋算學》、李銳(公元1768—1817年)《李氏算學遺書》最為有名。
18世紀初,法人杜德美(公元1668—1720年)傳入牛頓、格雷果里創造的三個三角函數的級數展開式。後來,三角函數和對數函數展開式的研究成為中國數學家的重要課題。明安圖(17世紀末至18世紀60年代)、董祐誠(公元1791—1823年)、項名達(公元1789—1850年)、戴煦(公元1805—1860年)等都作出了傑出貢獻。李善蘭(公元1811—1882年)的《方圓闡幽》、《弧矢啟秘》、《對數探源》(公元1845年)在三角函數與對數函數的研究上取得了更大的成就。他創造的尖錐術提出了幾個相當於定積分的公式,在接觸西方微積分思想之前獨立地接近了微積分學。李善蘭,字壬叔,號秋紉,浙江海寧人。幼年即嗜好數學,30餘歲即獲創造性成果。
1840年,列強用大炮轟開了清朝閉關自守的大門,中國逐漸淪為半封建半殖民地社會。西方數學以前所未有的規模大量傳入。1852年李善蘭到上海,與英國傳教士偉烈亞力(公元1815—1887年)合譯《幾何原本》後九卷、《代數學》13卷、《代微積拾級》18卷等許多西方數學著作,後者是中國第一部微積分學譯著。後來,華衡芳(公元1833—1902年)與英人傅蘭雅合譯了《代數術》、《微積溯源》、《三角數理》、《決疑數學》等書,後者是中國第一部概率論譯著。他們創造的許多術語至今還在使用。李善蘭還融會中西,著述頗豐。《橢圓正術解》等四種是關於圓錐曲線的研究,《級數回求》等是關於冪級數的研究,而《垛積比類》則在朱世傑基礎上系統解決了高階等差級數求和問題,並提出了著名的李善蘭恆等式。1872年撰《考數根法》,證明了費爾馬小定理,提出了素數判定法則。他的著作匯集為《則古昔齋算學》,包括14種科學著作。李善蘭是開展現代數學研究的第一位中國數學家。然而,總的說來,時處清末,經濟衰落,社會動盪,有志於現代數學的人沒有與現代工程技術結合的條件,不可能有大量可觀的成果,而士大夫階層更多的人抱有西學為我中華所固有的偏見,不求甚解。此後不久,尤其是維新變法和新文化運動之後,中國古代數學傳統基本中斷,中國數學研究納入了統一的現代數學。20世紀是中國數學復興的世紀,人們期待,在下個世紀中國將重新取得數學大國的地位。
㈩ 中國傳統數學的主要特徵是什麼從哪些成就表現出來
數學是研究客觀事物的空間形式與數量關系的科學。它不受任何時間和空間的限制,強烈地顯現這一本質屬性。然而,在古代各個時期不同的文化傳統中,數學的表現形式往往也不盡相同,各自呈現出自己的特徵。比如中國古典數學在表現形式、思維模式、與社會實際的關系、研究的中心以及發展的歷程等許多方面與其他文化傳統,特別是古希臘數學有較大的區別。
首先是其表現形式,這里主要指數學經典的著作形式。古希臘數學常常採取抽象的公理化的形式,而中國古典數學則是以術文統率例題的形式。兩種不同的形式,代表著迥然不同的兩種風格。這兩種形式和風格同樣可以闡發數學理論的基礎。有人往往忽略了這一點,把中國古代數學著作籠統地概括成應用問題集的形式。只要仔細分析、比較一下數學著作本身,就不難發現這個結論是極不正確的。比如最重要的著作《九章算術》,它的九章中,方田、粟米、少廣、商功、盈不足、方程六章的全部及衰分、均輸、勾股三章的部分,要麼先列出一個或幾個例題,然後給出十分抽象的「術」;要麼先列出十分抽象的「術」,然後給出若干例題。這里的「術」都是些公式或抽象的計算程序;前者的例題只有題目及答案,後者的例題則包括題目、答案與「術」。所謂「術」就是闡述各種演算法及具體應用,類似於後世的細草。《九章算術》中只有約五分之一的部分,即衰分、均輸、勾股三章的約50個題目,可以說是應用問題集的形式。由此就得出《九章算術》是一部應用問題集的結論是不恰當的,正確的提法應是術文統率例題的形式。後來的《孫子算經》等的主體應該說是應用問題集的形式,但把一些預備知識放到了卷首。宋元數學高潮中的著作,賈憲《黃帝九章算經細草》的抽象性更高於《九章算術》,其它著作由於演算法更為復雜,演算法的抽象性有時達不到《九章》的程度,但是也作了可貴的努力,如《數書九章》的「大衍總數術」及其核心「大衍求一術」就是同餘式解法的總術;「正負開方術」用抽象的文字闡述了開四次方的方法後,又聲明「後篇效此」,說明也是普遍方法。朱世傑的兩部著作都把大量預備知識、演算法放在卷首,《四元玉鑒》的卷首還載有天元術、二元術、三元術、四元術的解法範例。《測圓海鏡》更是把「圓城圖式」及後面要用到的定義、命題列入卷一的「識別雜記」。因此,總的說來,演算法(術)是解應用題的關鍵,「術」自然就成為中國古代數學的核心。中國數學著作是以演算法為核心,演算法統率例題的形式。中國傳統文化
其次是關於數學理論的研究。古希臘數學使用演繹推理,使數學知識形成了嚴謹的公理化體系。許多學者誇大了中國古算與古希臘數學的差別,認為中國古代數學成就只是經驗的積累,沒有推理,尤其是沒有演繹推理。這是對中國古代數學缺乏起碼了解的膚淺之見。遺憾的是,這種膚淺之見被某些科學泰斗所贊同而頗為流行,甚至成為論述現代科學沒有在中國產生的出發點。誠然,中國古代數學與哲學結合得不像古希臘那麼緊密,中國古代數學大家也不像古希臘數學大師那樣大多是思想界的頭面人物或思想流派的首領。一般說來,中國思想家對數學的興趣遠遜於古希臘的同仁,先秦諸子中即使數學修養最高的墨家,其數學成就也難望古希臘思想家的項背。同樣,中國數學家,就整體而言,對數學理論研究的關注,也遠不如古希臘數學家。比如,《九章算術》和許多數學著作對數學概念沒有定義,許多數學問題的表述,並不嚴謹。這就要求讀者必須站在作者的立場上,與作者共處於一個和諧的體系中,才能理解其內容,這或多或少也阻礙了數學理論的發展。硬說中國古代與古希臘同樣重視數學理論研究,固然是不妥的。反之,說中國古代數學沒有理論,沒有推理,也是不符史實的。《周髀算經》記載,先秦數學家陳子在教誨榮方時,指出他之所以對某些數學原理不能理解,在於他「之於數未能通類」,他認為數學的「道術」,「言約而用博」,必須做到「能類以合類」。陳子大約處於《九章算術》編纂過程的初期。實際上,《九章》的編纂正是貫穿了「通類」、「類以合類」的思想。《九章算術》的作者把能用同一種數學方法解決的問題歸於一類,提出共同的、抽象的「術」,如方田術、圓田術、今有術、衰分術、返衰術、少廣術、開方術、盈不足術、均輸術、方程術、勾股術等等,又將這些術及例題按其性質或應用分成方田、粟米、衰分、少廣、商功、均輸、盈不足、方程、勾股九類。劉徽進一步挖掘《九章》許多方法的內在聯系,又將衰分術、均輸術、方程新術等歸結到今有術。劉徽正是通過「事類相推」,找出了各種方法的歸宿,發現數學知識是「枝條雖分而同本干」,並「發自一端」的一株大樹,形成了自己完整的數學理論體系。賈憲總結開方法,創造開方作法本源。楊輝總結出勾股生變十三名圖,李冶探討了各種容圓關系,給出600多條公式,也都是通過歸納、類比做到通類,進而「類以合類」,進行數學的理論概括。
通過「合類」,歸納出抽象的公式之後,將這些公式應用於解某些數學問題,實際上是從一般到特殊的演繹過程,這里要特別談一下中國古代數學中有沒有演繹推理的問題。大家知道,數學知識的獲得,要通過類比、歸納、演繹各種推理途徑,而證明一個數學命題的正確性,則必須依靠演繹推理。中國古代數學著作正是大量使用演繹推理。以中國古代最為發達的高次方程這一分支為例,劉徽、王孝通都提出了方程的推導過程,金元數學家更創造了設未知數列方程的天元術,李冶將用天元術列方程所需要的定理、公式大都在卷一的「識別雜記」中給出。劉徽、王孝通、秦九韶、李冶、朱世傑等推導高次方程的過程都是依靠演繹推理的,因而是正確的。至於劉徽用極限思想和無窮小分割對圓面積公式的證明,對錐體體積公式的證明;用出入相補原理對解勾股形諸公式的證明,對大量面積、體積公式的證明,對開方術的證明;利用齊同原理對方程術、盈不足術及許多演算法的證明,都是演繹推理的典範。只要不帶偏見,都會認識到劉徽在拓展數學知識時以歸納、類比為主,而在論證《九章算術》的公式、演算法的正確性時,在批駁《九章算術》的某些錯誤時,則以演繹推理為主,從而把他自己掌握的數學知識建立在可靠的理論基礎之上。
說數學研究與思想界結合得不密切,是就整體而言的,並不是說每個數學家都如此,比如劉徽就例外。他深受魏晉辯難之風的影響,他對《九章算術》「析理以辭,解體用圖」,「析理」正是辯難之風的要件,劉徽析理的原則、析理的方法都是與當時辯難之風合拍的。當然,即使是劉徽對許多數學概念的探討還沒達到古希臘那麼深入的地步。比如,劉徽將無窮小分割引入數學證明是前無古人的貢獻,卻從未考慮過潛無窮小與實無窮小的區別。不過,這未必是壞事。古希臘數學家無法圓滿解決潛無限與實無限的問題,不得不把無窮小概念排除在數學研究之外,因此,他們在證明數學命題時,從未使用過極限思想和無窮小分割。劉徽則不然,他認為圓內接正多邊形邊數無限增多,最後必定「與圓周合體」,因此可以對與圓周合體的正多邊形進行無窮小分割並求其面積之和;他認為對陽馬與鱉臑組成的塹堵進行無窮分割,可以達到「微則無形」的地步;劉徽在極限思想的運用上遠遠超過了古希臘的同類思想,達到了文藝復興前世界數學界的最高峰。古希臘數學家認為正方形的對角線與其邊長沒有公度,即與1沒有公度,導致數學史上的第一次危機,使古希臘數學轉向,把計算排除在數學之外,只注重空間形式的研究,因而在無理數面前束手無策。而劉徽、祖沖之等則不然,他們對「開之不盡」的「不可開」的數,敢於繼續開方,「求其微數」,以十進分數無限逼近無理根的近似值。沒有陷入哲學的爭論,從數學計算的實際出發,使中國數學家能夠繞過曾導致希臘數學改變航向或裹足不前的暗礁,在數學理論和實踐上達到古希臘數學家所不曾達到的高度。
長於計算,以演算法為中心,是中國古代數學的顯著特點。古希臘數學只考慮數和形的性質,而不考慮具體數值。比如,他們很早就懂得,任何一個圓的周長與直徑之比是個常數,但這個常數的數值,幾百年無人問津,直到阿基米德才求出其值的范圍。相反,中國古典數學幾乎不研究離開數量關系的圖形的性質,而通過切實可行的方法把實際問題化為一類數學模型,然後用一套程序化即機械化的演算法求解。算經中的「術」全是計算公式與計算程序,或應用這些公式、程序的細草,所有的問題都要算出具體數值作為答案,即使幾何問題,也要算出有關因素的長度、面積、體積。這就是幾何方法與演算法相結合,或幾何問題的演算法化。劉徽說:「以法相傳,亦猶規矩、度量可得而共」(《九章算術注·序》),清楚地表達了中國古算形、數結合的特點。《九章算術》的開方術、方程術、盈不足術、衰分術、均輸術,劉徽計算圓周率的割圓術、計算弧田面積近似值的方法,賈憲求賈憲三角各廉的增乘方法,賈憲開創而秦九韶使之完備的求高次方程正根的正負開方術,秦九韶的同餘式解法,朱世傑的四元術,等等,都有相當復雜的計算程序。數學運算的程序化使復雜的計算問題易於掌握,即使不懂其數學原理,也可掌握其程序,於是產生了程序的輔助用表「立成」。上述這些程序都具有完全確定性、對一整類問題適用性及有效性等現代演算法的三個特點。許多程序幾乎可以一字不差地搬到現代電子計算機上實現。
先進的記數制度,強烈的位置值制是促成中國演算法理論充分發展的重要因素。中國最早發明了十進位置值制記數法,這種記數法十分有利於加減乘除四則運算及分數、小數的表示。加之漢語中數字都是單音節,便於編成口訣,促成籌算乘除捷演算法向口訣的轉化。而籌算的使用使分離系數表示法成為順理成章。線性方程組的分離系數表示法、開方式的記法、天元多項式、四元式的記法,實際上也是一種位置值制。未知數的冪次完全由其在表達式中的位置決定,而不必寫出未知數本身,如開方式中,自上而下依次是「商」、「實」(常數項)、「方」(一次項)、「一廉」、「二廉」(二、三次項系數)……隅(最高次項系數)。天元式也是如此,只是因為運算中有正冪也有負冪,才需要在常數項旁標一「太」字,或在一次項旁標一「元」字,未知數冪次完全由與「太」或「元」的相對位置決定。這種表示法特別便於開方或加減乘除運算,尤其是用天元的冪次乘(或除),只要上下移動「太」或「元」字的位置即可。
數學理論密切聯系實際,是中國古代數學的又一顯著特徵。不能把古算經的所有題目都看成日常生產生活的應用題,有些題目只是為了說明演算法的例題,《九章算術》和《測圓海鏡》中都有此類題目。但是,中國古算確實是以應用為目的的,這是與古希臘數學的顯著區別之一。後者公開申明不以實際應用為目的,而是看成純理念的精神活動,歐幾里得幾乎抹去了《幾何原本》的實際來源的所有蛛絲馬跡。而中國數學家卻從不諱言研究數學的功利主義目的。自《漢書·律歷志》到劉徽、秦九韶,都把數學的作用概括為「通神明」、「類萬物」兩個方面。這里神明的意義既可作神秘主義來理解,也可以看作說明物質世界的變化性質的范疇,或二者兼而有之。《九章算術》劉徽為其注沒有任何神秘主義的成份,對通神明的作用也沒作任何闡發,劉徽倒是明確指出了《九章算術》各章在實際生產生活中的應用范圍:方田以御田疇界域,粟米以御交質變易,衰分以御貴賤稟稅,少廣以御積冪方圓,商功以御功程積實,均輸以御遠近勞費,盈不足以御隱雜互見,方程以御錯糅正負,勾股以御高深廣遠,顯然是「類萬物」方面。秦九韶把「通神明」看作數學作用之大者,並且其理解是神秘主義與世界變化的性質二者兼而有之的,而把類萬物、經世務看成數學作用之小者。盡管他表示要將數學「進之於道」,但他的數學研究實踐使他感到對於大者仍「膚末於見」,而注重於小者,認識到「數術之傳,以實為體」,因此「設為問答以擬於用」。他的《數書九章》除第一問外,大都是實際生活、生產及各種工程的應用題,反映南宋經濟活動之翔實遠勝於《九章算術》等著作對當時現實經濟活動的反映。總之,中國數學密切聯系實際,並在實際應用中得到發展。也許正因為有這個長處,中國數學從《九章算術》到宋元高潮,基本上堅持了唯物主義傳統,未受到數字神秘主義的影響。明朝著作有一些神秘主義的東西,具有穿靴戴帽的性質,但仍不能改變以實際應用為目的這一總的特徵。
統治者對數學的態度造成了中國與希臘數學不同的發展特點。古希臘統治者非常重視數學,造成希臘數學有很強的連續性、繼承性。而中國古代的統治者,除個別者外,大都不重視數學。秦始皇統一中國,較為重視數學的墨家遭到鎮壓,漢朝以後獨尊儒術,儒法合流,讀經學禮,崇尚文史,成為一種社會風氣。由於數學對國計民生的重大作用,統治階級又不得不承認「算術亦六藝要事」(《顏氏家訓·雜藝》),但卻主張「可以兼明,不可以專業」(同上)。數學一直被視為「九九賤技」。劉徽哀嘆「當今好之者寡」,(《九章算術注·序》)秦九韶說「後世學者鄙之不講」,(《數書九章序》)李冶以大儒研究數學,自謂「其憫我者當百數,其笑我者當千數」。(《測圓海鏡序》)劉徽所處之魏晉,秦、李所處之宋元,都是中國數學興盛時期,尚且如此,何論其他!二十四史,林林總總,列入無數帝王將相,以及文學家、思想家,甚至烈女節婦,卻沒有為一個數學家立傳,祖沖之、李冶有傳,卻是以文學家、名臣的身份入傳的。社會的需要,以及世代數學家不計憫笑,刻苦鑽研,自漢迄元,使中國數學登上了世界數壇的一個又一個高峰,然而中國數學的發展常常大起大落,艱難地前進。更使人覺得奇怪的是,高潮往往出現在戰亂時期,如戰國時期《九章算術》主要成就的奠基,魏晉南北朝數學理論的建立,宋遼金元籌算數學的高潮;相反,低谷往往出現在大一統的太平盛世,如唐、明兩代,不僅數學建樹甚少,甚至到了大數學家看不懂前代成果的可笑地步!這當然絲毫不意味著戰亂、分裂比安定、統一更有利於數學的發展,而是因為戰亂時期,儒家思想的統治地位往往受到沖擊,社會思潮較為活躍,思想比較解放。同時由於戰亂,讀經入仕的道路被堵,知識分子稍稍能按自己的興趣和社會的需求發揮自己的才智,所蘊藏的數學才能也得到較充分展示,致使處於夾縫中的數學研究狀況反而比大一統的太平盛世更好一些罷了。