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数学简史有什么知识

发布时间: 2022-09-22 11:56:29

1. 关于数学的知识有哪些

如下:

1、数学是研究数量、结构、变化、空间以及信息等概念的一门学科,从某种角度看属于形式科学的一种。

2、数学在人类历史发展和社会生活中发挥着不可替代的作用,也是学习和研究现代科学技术必不可少的基本工具。

3、数学起源于人类早期的生产活动,古巴比伦人从远古时代开始已经积累了一定的数学知识,并能应用实际问题。从数学本身看,他们的数学知识也只是观察和经验所得,没有综合结论和证明,但也要充分肯定他们对数学所做出的贡献。

4、数学被应用在很多不同的领域上,包括科学、工程、医学和经济学等。数学在这些领域的应用一般被称为应用数学,有时亦会激起新的数学发现,并促成全新数学学科的发展.数学家也研究纯数学,也就是数学本身,而不以任何实际应用为目标。虽然有许多工作以研究纯数学为开端,但之后也许会发现合适的应用。

2. 世界数学史分为哪四个时期

学术界通常将数学发展划分为以下四个时期:数学形成时期、初等数学时期、变量数学时期、近现代数学时期。

一、数学形成时期;萌芽时期是最初的数学知识积累时期,是数学发展过程中的渐变阶段。这一时期的数学知识是零散的、初步的、非系统的,但是这是数学发展史的源头,为数学后续的发展奠定了基础。

这是人类建立最基本的数学概念的时期。人类从数数开始逐渐建立了自然数的概念,简单的计算法,并认识了最基本最简单的几何形式,算术与几何还没有分开。

中国历史悠久,发掘出来的大量石器、陶器、青铜器、龟甲以及兽骨上面的图形和铭文表明: 几何观念远在旧石器时代就已经在中国逐步形成。早在五六千年前,古中国就有了数学符号,到三千多年前的商朝,刻在甲骨或陶器上的数字已十分常见。

这时,自然数记数都采用了十进位制。甲骨文中就有从一到十再到百、千、万的十三个记数单位。这说明古中国也形成了数学的基本概念。

二、初等数学时期(公元前600年至17世纪中叶);初等数学时期从公元前五世纪到公元十七世纪,延续了两千多年、由于高等数学的建立而结束。

这个时期最明显的结果就是系统地创立了初等数学,也就是现在中小学课程中的算术、初等代数、初等几何(平面几何和立体几何)和平面三角等内容。

初等数学时期可以根据内容的不同分成两部分,几何发展的时期(到公元二世纪)和代数优先发展时期(从二世纪到十七进纪)。又可以按照历史条件的不同把它分成“希腊时期”、“东方时期”和“欧洲文艺复兴时期”。

希腊时期正好和希腊文化普遍繁荣的时代一致。希腊是一个文明古国,但是,和四大文明古国巴比伦、埃及、印度、中国相比,在文明史上,希腊文明要晚一段时间。

三、变量数学时期(17世纪中叶至19世纪20年代);变量数学产生于17世纪,经历了两个决定性的重大步骤:第一步是解析几何的产生;第二步是微积分(Calculus),即高等数学中研究函数的微分。它是数学的一个基础学科。

内容主要包括极限、微分学、积分学、方程及其应用。微分学包括求导数的运算,是一套关于变化率的理论。它使得函数、速度、加速度和曲线的斜率等均可用一套通用的符号进行讨论。

积分学,包括求积分的运算,为定义和计算面积、体积等提供一套通用的方法。

四、近现代数学时期(19世纪20年代);现代数学。现代数学时期,大致从19世纪初开始。数学发展的现代阶段的开端,以其所有的基础。代数、几何、分析中的深刻变化为特征。近代数学是研究数量、结构、变化、空间以及信息等概念的一门学科。

17世纪,数学的发展突飞猛进,实现了从常量数学到变量数学的转折。中国近代数学的研究是从1919年五四运动以后才真正开始的。

(2)数学简史有什么知识扩展阅读:

历史介绍:

数学史研究的任务在于,弄清数学发展过程中的基本史实,再现其本来面貌,同时透过这些历史现象对数学成就、理论体系与发展模式作出科学、合理的解释、说明与评价,进而探究数学科学发展的规律与文化本质。作为数学史研究的基本方法与手段,常有历史考证、数理分析、比较研究等方法。

史学家的职责就是根据史料来叙述历史,求实是史学的基本准则。从17世纪始,西方历史学便形成了考据学,在中国出现更早,尤鼎盛于清代乾嘉时期,时至今日仍为历史研究之主要方法,只不过随着时代的进步,考据方法在不断改进,应用范围在不断拓宽而已。

当然,应该认识到,史料存在真伪,考证过程中涉及到考证者的心理状态,这就必然影响到考证材料的取舍与考证的结果。就是说,历史考证结论的真实性是相对的。同时又应该认识到,考据也非史学研究的最终目的,数学史研究又不能为考证而考证。

3. 介绍有关数学史和数学文化

发展史
世界数学发展史 数学,起源于人类早期的生产活动,为中国古代六艺之一,亦被古希腊学者视为哲学之起点。数学的希腊语Μαθηματικ? mathematikós)意思是“学问的基础”,源于ματθημα(máthema)(“科学,知识,学问”)。 数学的演进大约可以看成是抽象化的持续发展,或是题材的延展。第一个被抽象化的概念大概是数字,其对两个苹果及两个橘子之间有某样相同事物的认知是人类思想的一大突破。 除了认知到如何去数实际物质的数量,史前的人类亦了解如何去数抽象物质的数量,如时间-日、季节和年。算术(加减乘除)也自然而然地产生了。古代的石碑亦证实了当时已有几何的知识。 更进一步则需要写作或其他可记录数字的系统,如符木或于印加帝国内用来储存数据的奇普。历史上曾有过许多且分歧的记数系统。 从历史时代的一开始,数学内的主要原理是为了做税务和贸易等相关多计算,为了了解数字间的关系,为了测量土地,以及为了预测天文事件而形成的。这些需要可以简单地被概括为数学对数量、结构、空间及时间方面的研究。 到了16世纪,算术、初等代数、以及三角学等初等数学已大体完备。17世纪变量概念的产生使人们开始研究变化中的量与量的互相关系和图形间的互相变换。在研究经典力学的过程中,微积分的方法被发明。随着自然科学和技术的进一步发展,为研究数学基础而产生的集合论和数理逻辑等也开始慢慢发展。 数学从古至今便一直不断地延展,且与科学有丰富的相互作用,并使两者都得到好处。数学在历史上有着许多的发现,并且直至今日都还不断地发现中。依据Mikhail B. Sevryuk于美国数学会通报2006年1月的期刊中所说,“存在于数学评论数据库中论文和书籍的数量自1940年(数学评论的创刊年份)现已超过了一百九十万份,而且每年还增加超过七万五千份的细目。此一学海的绝大部分为新的数学定理及其证明。”
http://ke..com/view/1284.html?wtp=tt#5

4. 数学史讯息

《九章算术》是中国古代数学专着,是算经十书中最重要的一种。该书内容十分丰富,系统总结了战国、秦、汉时期的数学成就。同时,《九章算术》在数学上还有其独到的成就,不仅最早提到分数问题,也首先记录了盈不足等问题。该书经多次增补,成书时间已不可考,但据估算最迟在公元一世纪已有了现传本。 许多人曾为它作过注释,其中不乏历史上的数学名人,最着名的有刘徽(公元263年)、李淳风(公元656年)等人。

《九章算术》的主要内容:
《九章算术》的内容十分丰富,全书采用问题集的形式,收有246个与生产、生活实践有联系的应用问题,其中每道题有问(题目)、答(答案)、术(解题的步骤,但没有证明),有的是一题一术,有的是多题一术或一题多术.这些问题依照性质和解法分别隶属于方田、粟米、衰(音崔cui)分、少广、商功、均输、盈不足、方程及勾股九章如下所示。原作有插图,今传本已只剩下正文了。

《九章算术》的九章的主要内容分别是:

第一章“方田”:田亩面积计算;
第二章“粟米”:谷物粮食的按比例折换;
第三章“衰分”:比例分配问题;
第四章“少广”:已知面积、体积、求其一边长和径长等;
第五章“商功”:土石工程、体积计算;
第六章“均输”:合理摊派赋税;
第七章“盈不足”:即双设法问题;
第八章“方程”:一次方程组问题;
第九章“勾股”:利用勾股定理求解的各种问题.

《九章算术》的数学成就
《九章算术》中的数学成就是多方面的:

(1)、在算术方面的主要成就有分数运算、比例问题和“盈不足”算法.《九章算术》是世界上最早系统叙述了分数运算的着作,在第二、三、六章中有许多比例问题,在世界上也是比较早的.“盈不足”算法需要给出两次假设,是一项创造,中世纪欧洲称它为“双设法”,有人认为它是由中国经中世纪阿拉伯国家传去的.

(2)、在几何方面,主要是面积、体积计算.

(3)、在代数方面,主要有一次方程组解法、开平方、开立方、一般二次方程解法等.“方程”一章还在世界数学史上首次引入了负数及其加减法运算法则.作为一部世界科学名着,《九章算术》在隋唐时期就已传入朝鲜、日本.现在它已被译成日、俄、德、英、法等多种文字.

关于《九章算术》的历史考证:
现传本《九章算术》成书于何时,目前众说纷纭,多数认为在西汉末到东汉初之间,约公元一世纪前后,《九章算术》的作者不详.很可能是在成书前一段历史时期内通过多人之手逐次整理、修改、补充而成的集体创作结晶.由于二千年来经过辗转手抄、刻印,难免会出现差错和遗漏,加上《九章算术》文字简略有些内容不易理解,因此历史上有过多次校正和注释。

关于对《九章算术》所做的注住要有:三国时曹魏刘徽注,唐朝李淳风注,南宋杨辉着《详解九章算法》选用《九章算术》中80道典型的题作过详解并分类,清李潢(?~1811年)所着《九章算术细草图说》对《九章算术》进行了校订、列算草、补插图、加说明,尤其是图文并茂之作.现代钱宝琮(1892~1974年)曾对包括《九章算术》在内的《算经十书》进行了校点,用通俗语言、近代数学术语对《九章算术》及刘、李注文详加注释.80年代以来,今人白尚恕、郭书春、李继闵等都有校注本出版.

对《九章算术》的评价和其对后世的影响:
《九章算术》是世界上最早系统叙述了分数运算的着作;其中盈不足的算法更是一项令人惊奇的创造;“方程”章还在世界数学史上首次阐述了负数及其加减运算法则。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》的一个显着特点。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》是几代人共同劳动的结晶,它的出现标志着中国古代数学体系的形成.后世的数学家,大都是从《九章算术》开始学习和研究数学知识的。唐宋两代都由国家明令规定为教科书。1084年由当时的北宋朝廷进行刊刻,这是世界上最早的印刷本数学书。

可以说,《九章算术》是中国为数学发展做出的又一杰出贡献

5. 数学史是什么

数学史是研究数学科学发生发展及其规律的科学,简单地说就是研究数学的历史。它不仅追溯数学内容、思想和方法的演变、发展过程,而且还探索影响这种过程的各种因素,以及历史上数学科学的发展对人类文明所带来的影响。因此,数学史研究对象不仅包括具体的数学内容,而且涉及历史学、哲学、文化学、宗教等社会科学与人文科学内容,是一门交叉性学科。

6. 读《数学简史》第一章:文明早期

      眼看着又要开始上班,上学期买的《数学简史》再看一遍,外国人写的书里很少涉及到古代中国的数学历史,非常少,少得可怜。在第一章里提到新石器时代的早期图案时提到中国的挂毯上能找到美丽的实例。学科的历史发展不仅仅关注本国的发展更要放眼世界从时间的发展历程中去了解。要想证明在任何时间在某一领域领先于其他国家需要有文献记录,光靠传说是不行的。中国有,在第二章“古代东方”最后有一些介绍,不着急,先关注第一章。



    人类最初有数和形的观念要追溯到旧石器时代.在那几百万年的时间里,人们以小的群体聚集在一起,生活在和动物相差不多的情形之下,主要精力是用最原始的方法在任何可能的地方采集食物他们为打猎和捕鱼造出了器具,发展了语言彼此交流,并且在旧石器时代后期创造了各种艺术形式,诸如雕像和绘画,来丰富自己的生活.在法国和西班牙的洞穴里,大约15000年前的绘画很可能带有仪典的意义,但无疑表现了当时的人们对图形的非凡了解;用数学的语言来说,就是表现了对空间中物体的二维映像的了解。

(数与形由来已久,在旧石器时代就已经产生,在我们的数学课堂里面可以向学生介绍并附上图片更加。)

    不过,直到从仅仅食物采集转化到真正从事粮食生产,从打猎捕鱼真正进入到农业,人们对于数量和空间关系的了解才有了相当的进步这种根本的改变,是一次人们对大自然的态度由被动变主动的革命,从此历史进入了新石器时代。

(旧石器时代—新石器时代,数学有了本质的变化,从现在数学概念上去关注“数量关系”和“空间关系”两个维度)

    人类历史上这一伟大事件大约发生在10000年以前,当时覆盖在欧洲和亚洲的冰层开始融化,大地出现了森林和沙漠,人们寻找食物的游牧流浪也慢慢地结束了.大部分渔民和猎人被原始的农民所取代,只要土地还够肥沃,农民就会停留在固定的地方人们

开始建造更为长久的住所,不久为了应对气候变化和敌人劫掠又产生了乡村。考古已经发掘出许多这种新石器时代的定居所,出土

文物显示出最初的手工业如制陶、木工和纺织是怎样逐渐发展起来的.村民们用谷仓储存余粮,就能够对付冬天和困难的时期。当

时的人们已经会烤面包、酿啤酒,在新石器时代后期还会熔铸黄铜、青铜器具新发明出现了,特别是制陶的转盘和车轮;船和住

所也改善了。不过所有这些非凡的创新只是发生在局部的地方,很少流传到别的地方去。例如美洲印第安人在白人刚到美洲时还并不了解车轮的技巧。虽然如此,与旧石器时代比起来,技术进步的节奏是大大地加快了。

(停留,建造房屋及相关用品;有了交易促进了语言的发展及交际)

      乡村之间有着可观的贸易往来,范围之广可以使相隔数百里的地方发生联系.人们发现了熔化和制造的手艺,最初用黄铜,接着就有青铜的器具和兵械.这些强烈刺激了贸易活动,推动了语言的进一步形成,当然这些语言里的字表现的还是很具体的东西,抽象的内容很少,但是已经有些简单的数字和图形关系的词汇了。许多大洋洲人、美洲人和非洲人的部落在与白人最初接触的时期还

过着这样的生活,有些部落现在仍旧生活在这样的情形下.只要我们抛弃某些先入为主的偏见,就有可能去研究他们的生活习惯和

表达方式,从而在某种程度上了解他们。



    数词—如亚当斯密( Adam Smith)所说,可以表达某些“人类心智所能形成的最抽象的观念——是慢慢地被使用起来的。它们开始出现时是定性的而不是定量的,不过是一、二和多之间的区别。斐济古语中十条船称作"bola”,+个椰子称作“koro”,一千个

子称作“ saloro”数的概念的古代定性的起源,还能在某些语言中,如希腊语或凯尔特语( Celtic)中的一些特殊的双字词中看到蛛丝马迹.当数的概念延伸后,后面的数首先由加法形成3是2加1,4是2加2,5是2加3。

    这里还有一些来自澳大利亚人的例子

在默里河( Murray River)地区:1=enea,2= petcheval,3=petcheval-enea, 4=petcheval-petcheval

在卡米拉罗易( Kamilaroi)地区:1=mal,2=buan,.3= guliba,4=bulan bulan, 5=bulan guliba, 6= guliba guliba

    手工品贸易的发展刺激了数的概念的具体化,数排列起来并组合成大的单位,人们常用的是一只手或两只手的手指,贸易上这

是自然的方式。首先以五为进位基数,后来以十为进位基数,再加上加法或减法来完成计数,如此12是10+2,9是10-1.有的时候手指和脚趾总共的数目20,也会被选为进位基数。在易勒斯(W.C.Eels)所调查过的原始美洲人的307种计数法中,146种是十进位的,106种是五进位的或五和十进位的、二十进位的或五和二十进位的。墨西哥的玛雅人和欧洲的凯尔特人用的就是最典型的二十进位系统。

      人们又用相同的重复计数:木棍上的刻痕、绳子上的绳结、把鹅卵石或贝壳五个摆成一堆这些做法很像旧时客店老板所用

的计数棍.从这样计数到引进特殊的符号代表5,10,20等,只有一步之遥,而且我们发现在文字历史开始时期,也就是在所谓文明的

黎明期,人们的确已经使用符号了。

(刻痕计数比较普遍,材质一般为木头或者兽骨,优点是易保存,缺点不宜携带,但是保存下来的足以证明本民族的悠久历史文化)

    使用计数棍最古老的例子之一可以远溯于旧石器时代,是1937数年在摩拉维亚( Moravia)的韦斯托尼采( Vestonice)发现的,这是一根幼狼的骨头,7英寸(1英寸=2.54厘米)长,刻着55道深刻痕,其中前25道是5道一组.随后是单独一道2倍长的刻痕作为这

系列的结束;然后又从一道2倍长的刻痕开始新的系列的30道刻痕。考古还发现了其他这样有刻痕的计数棒。

      于是我们就清楚了雅各布.格林(译者注: Jakob Grimm,他与弟弟威廉·格林一起创作了《格林童话》,以格林兄弟而闻名)书里

所说并且被人们反复引用的话,“计数始于数手指”的古老说法是错误的。用手指计数,也就是一五一十地计数,只是在社会发展到一定阶段才出现的。一旦到达这种程度,数就可以用一个基数表示出来,然后再由此构成更大的数目。于是开始了算术的原始形式,

14被表示为10+4,有的时候是15-1.当20不被表示为10+10,而是2×10的时候乘法就开始了,这种二重运算被视为加法和乘法之间的一种中间道路,被人们使用了几千年,特别是在埃及和在印度河流域雅利安之前( pre-Aryan)的摩亨佐一达罗( Mohenjo-Daro)

文化中。除法的开始是当10被表示为“整体的一半”的时候,虽然那时有意识地构成分数还是极其稀少的.例如在北美洲部落,人们

只发现了很少这种构成的实例,并且几乎全部都是1/2,个别情况有1/3或1/4.一个奇特的现象是,当时人们非常喜爱很大的数目,这种喜爱或许是由夸大杀死敌人数量的合乎人情的欲望而刺激出来的;这种倾向的痕迹也出现在《圣经》和其他宗教或非宗教的典籍里。

(这句话很有意思,不管哪个年代的人都有很强烈的虚荣心,那个时代的人们是想通过自身创造的更大的数来证明自己更强大;如今的人们创造更大的数是为了掩盖自己更虚伪。)



      以后丈量物体的长度和容积也成为必需,当时量度标准粗放,常常就以人体的某个部分作为标准,于是就出现了像一指、一脚

一拃这样的单位。英语中的“ell”(译者注:相当于45英寸,原字是臂肘意)、“fathom”(译者注:约6英尺(1英尺=0.3048米)或8英尺长,原文是指两臂伸直时两手指尖之间的距离)、“cubit(译者注:原文是指从肘至中指末端的长度)就显示人们的这种习惯,建造房子时,如印第安的农民或中欧高架房的居民,会用直尺摆在地上保持房子盖直拐角成直角,英语里“ straight(直)”是与 stretch

(伸展)”有关系的,表示把绳子拉开;由"line(线)”到"linen(细麻布)则反映出编织的手艺和几何学起源之间的关系.这是测量

需求进化的一种方式。

(度量需要标准,而人的身体中的部分器官是最方便的工具。我觉得还因为大多数人身材差不多,才选用手、脚来作为标准去度量。)

      新石器时代的人们对于几何图形也逐渐产生了敏锐的感觉。陶器的烧制和着色、灯芯草的编织、篮筐和衣料的编织以及后来金属的制造都促使人们去了解平面与空间的关系。舞蹈动作一定也起了相当的作用,新石器时代的装饰很乐于表现和谐、对称和相似数的关系也会出现在这种图形中,就像某些史前图形中就显示了三角形的数字,还有的显示了“神圣的”数字。

      图1-4是陶器、编织物或篮筐上出现的一些有趣的几何图形图1的设计见于波西尼亚( Bosnia)新石器时代陶器和美索不达米亚( Mesopotamian)乌尔(Ur)时期的艺术品⊙图2的装饰图案出自古埃及王朝统治前(约公元前4000前3500年)的埃及陶器。图3显示的图形是初期铁器时代(中欧,约公元前1000—前500年)原南斯拉夫的卢布尔雅那( Ljubljana)附近的高架房居民所用的。图4的图形中方形里填三角形,三角形里填圆形,是匈牙利肖普朗( Sopron)附近的墓葬出土的瓮上的花纹,它显示了构造三角形数的努力,在后期的毕达哥拉斯数学中有着重要的作用.

(三角形数和其它形数都是有其历史渊源的,正因为这些数背后的原因才能够吸引无数的人喜欢上数学并开始研究它。)

      这类图形在历史上一直很流行。在米诺斯(Minoan)和早期希腊的双瓶、后拜占庭和阿拉伯的镶嵌细工、波斯和中国的挂毯上都能找到美丽的实例。最初的早期图形可能含有宗教或魔法的意义,后来其中的美学形象逐渐成为主流。在石器时代的宗教里我们可以体会到人们面对自然界、面对社会结构以及面对个人经历的初步尝试,宗教仪式里大量充斥着我们现在认为是魔幻的内容,而且这种魔幻的元素与当时数和形以及雕刻、音乐和绘画中的观念结合在一起.有的数(例如3,4,7)和有的图形(如五角星和万十字)被看作是有魔力的,有些学者甚至认为数学的这一方面正是数学发展中的决定因素,虽然数学的社会根源到当今时代已经变得模糊不清,但在人类历史的早期时代却是相当明显的.“近代的”数字学是来自新石器时代甚或旧石器时代巫术或神秘仪式的一件遗物。



    即使在社会结构离我们的科技文明很遥远的部落中,也能发现人们在时间的计算上,与日、月、星辰运动的知识密切相关农

业和商业发达一些以后,这一知识就增加了更多科学的成色。人类历史很早的时候就开始使用阴历,将植物生长的变化形式与月亮盈亏的变化联系在一起.原始的人们也注意到冬至和夏至,还有黎明时昴宿星的升起.最早期文明的人类会利用他们遥远的史前时代的天文学知识,还有的民族以星座作为航行的指南。从这种天文学人们得到了球、角方向和圆的一些知识,甚至还有更加复杂图形的知识。

(现在讲究创新,比如stem课程,我觉得从数学发展的过程中可以去挖掘。因为数学发展的过程中离不开多学科的相辅相成,交错影响。说到stem,再看到这里,国外的stem还是符合数学的本质的。可是不去研究而只是为了一个名声简直就是哗众取宠。有些课程不是拿来就可以教的,需要有沉淀,需要研究,需要找到与自身相结合起来的点,也就是自身实际情况,孩子的实际情况。)

    近年来,人们更加注意史前石头遗迹可能具有的天文和历法意义,诸如英国大约公元前200年的巨石阵如果遗迹具有天文历法意义,马上就产生了一个问题这种天文的因此也就是数学的知识是怎样从某一中心传播过来的。这个中心也许是美索不达米亚(亦称“两河流域”)(弥漫说),或者具有本地生成的起源(这种观点近来得到很多支持).美洲的文明发展似乎就独立于欧洲文明和非洲文明,至少关联很小。



      以上数学开端的简短展示表明,一种科学的历史发展不一定会经历过我们现在在书本中所划分的那些阶段.人类所知道的一些最古老的几何形状比如绳结和图案,只是在近年来才受到充分的科学关注。另一方面,数学的一些比较基础的部分,例如图表法

或初等统计学,只开始于相对现代的时期。正如施派泽(A. Speiser)刻薄而略带夸张的评论:

    初等数学已经有着显着的日益冗长的趋向,这似乎是它所固有的,其实初等数学可能开始得很晚,因为开创性的数学家只偏爱去注意那些有趣而优美的问题.



      在此也许正该提到三个古老的数学文明,它们是米诺斯一迈锡尼( inoans-Mycenaeans)文明、玛雅文明和印加文明,这些文明本身不乏精彩,却对数学以后的发展少有影响。它们的科学不能算“初期的”科学,而是属于下一章要谈到的古代东方科学。

      人们在克里特岛( Crete)和希腊大陆的米诺斯-迈锡尼文明的废墟里发现了公务中使用的数学符号,这些符号出现在称为A

类线形文字和B类线形文字的手迹里,属于大约公元前1800—前1200年的时期数字表示和埃及一样(当然符号不同)使用加的方

式,1,10.100,100各有特殊符号.另外还有简单分数的符号,不全是单位分数。因为书写者不曾烘烤他们书写的泥板,保留下的只有

城市最后发生大火时受到烘烤的部分,我们对于这一文明的数学为知识程度的认识是不全的,它也许可以和埃及的数学相媲美.至

少我们知道荷马( Homer)笔下的英雄中有能在泥板上做算术的抄写员。

(偶然事件,得以保存到现在靠着一把火)

      中美洲的玛雅文明,主要建立在现在的尤卡坦( Yucatan)和危地马拉,持续了1500年之久,在大约公元200–900年的所谓经典

时期达到高峰.玛雅的算术主要解读于非手写的石刻遗迹、法典和西班牙的史籍.与他们的天文学,特别是他们的历法系统紧密相

关的是二十进位制(至今依然),用点表示从1到4,横杠表示5到15的数目.对于更大的数,他们使用以20为基的位置制,20的幂也用与20相同的符号也就是单位符号表示.用于历法时则有一些修改这种位置体系需要表示0的符号,常常是一种贝壳或半睁眼符号.这一系统及其与历法的联系还流传到中美洲的其他民族.大家认为在墨西哥城发现的着名阿兹特克(Aztecs)时期日历石就是在11世纪末传到这个地方的。

    印加从13世纪中叶开始在南美的安第斯山脉中部和以西的地方建起了广大的帝国,首都是库斯科( Cuzco).帝国庞大的社会

制度在管理、手工业和工程方面很强势,在交流和信息上不使用书写文字,使用一种结绳文字.结绳中最基本的是彩色棉或毛的一根主绳,与主绳相结的绳子上又结有成组的绳结,各组间有一定距离。每组结的数目是1–9个,比如说,4个结的一组后面是2个结的

一组,然后是8个结的一组,就表示428.因此说这是一个位置系统,其中0表示为两结间一段较大的距离。绳子的不同颜色表示不同物体:羊、士兵等;绳子的位置以及绳子所联结的绳子,对于会“读”结绳文字的记录人来说,可能就是一段非常复杂的统计故事。

(结绳计数:1、结的位置很重要;2、颜色不同表示的事物也不一样;3、每一个结绳背后都有一个统计故事,现代人很难理解它们背后的故事。

我们的数学课堂需要把这些有趣的故事讲给学生们听。不要总讲知识,说些道理,可以改变形式,比如讲点故事也是挺好的嘛。)

      结绳文字里可能会有数百根结在一起的绳子,目前发现最大的一件垂有1800根绳子,可能表示的是军人或工人的团队.人们

只发现了400来件结绳,都是出土于墓葬,因为西班牙人曾将其视为邪恶而加以销毁。

    这种结绳文字告诉我们,没有书写技艺也能具有发达的社会文明.巨石阵那样的文化是否可能拥有现在已经永远失传的类似

交流和存储信息的方法?这些绳结得以保存是因为掩埋在沿太平洋的沙漠地区,那些埋在不太干燥地区的就都丢失了。

7. 中国数学简史

中国数学简史

(转自上海市数学会网站,中央大学数学系阮浩耘)

中国是世界文明古国之一,地处亚洲东部,濒太平洋西岸。数学在中国的发展源远流长,成就辉煌。下面我们依历史的发展,分段叙述。

先秦萌芽时期

黄河流域和长江流域是中华民族文化的摇篮,大约在公元前2000年,在黄河中下游产生了第一个奴隶制国家——夏朝。其后有商、殷两代(约1500 B.C. - 1027 B.C.)、及周朝(约1027 B.C. - 221 B.C.)。历史上又称公元前八世纪至秦王朝的建立(221 B.C.)为春秋战国时期。
据《易·系辞》记载:“上古结绳而治,后世圣人易之以书契”。在殷墟出土的甲骨文卜辞中有很多记数的文字。从一到十,及百、千、万是专用的记数文字,共有13个独立符号,记数用合文书写,其中有十进制制的记数法,出现最大的数字为三万。
算筹是中国古代的计算工具,而这种计算方法称为筹算。算筹的产生年代已不可考究,但可以肯定的是筹算在春秋时代已很普遍。
表示一个多位数字时,采用十进制值制,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。
筹算直到十五世纪元朝末年才逐渐为珠算所取代,中国古代数学就是在筹算的基础上取得其辉煌成就的。
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(西方称勾股定理)的特例。战国时期,齐国人着的《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。着名的有《墨经》中关于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、极限思想和其它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)编纂的天文学着作《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着作,约成书于东汉初年(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,分属于方田、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、关于勾股测量的计算等。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;书中关于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制值制、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于战争和分裂状态,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、祖暅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。其着作《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)得到祖暅定理(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。
隋朝大兴土木,客观上促进了数学的发展。唐初王孝通撰《缉古算经》,主要是讨论土木工程中计算土方、工程的分工与验收以及仓库和地窖的计算问题。
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。
此外,隋唐时期由于历法需要,创立出二次内插法,为宋元时期的高次内插法奠定了基础。而唐朝后期的计算技术有了进一步的改进和普及,出现很多种实用算术书,对于乘除算法力求简捷。

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着名的数学家和数学着作,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。
宋元数学在很多领域都达到了中国古代数学,甚至是当时世界数学的巅峰。其中主要的工作有:(1)高次方程数值解法;(2)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;(3)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;(4)招差术和垛积术,即高次内插法和高阶等差级数求和。
另外,其它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,标志着从筹算到珠算转变的完成。但由于珠算流行,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着。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于几何的是三角学。在此之前,三角学只有零星的知识,而此后获得迅速发展。介绍西方三角学的着作有邓玉函编译的《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,介绍了有关圆锥曲线的数学知识。
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”,对古代名着做了深入的研究,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。
干嘉年间形成一个以考据学为主的干嘉学派,编成《四库全书》,其中数学着作有《算经十书》和宋元时期的着作,为保存濒于湮没的数学典籍做出重要贡献。
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》(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。主要译者和着作有: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。在这些译着中,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它各国相仿。

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于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着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。随着留学人员的回国,各地大学的数学教育有了起色。最初只有北京大学1912年成立时建立的数学系,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。1936年《中国数学会学报》和《数学杂志》相继问世,这些标志着中国现代数学研究的进一步发展。

4 中国数学简史
解放以前的数学研究集中在纯数学领域,在国内外共发表论着600余种。在分析学方面,陈建功的三角级数论,熊庆来的亚纯函数与整函数论研究是代表作,另外还有泛函分析、变分法、微分方程与积分方程的成果;在数论与代数方面,华罗庚等人的解析数论、几何数论和代数数论以及近世代数研究取得令世人瞩目的成果;在几何与拓扑学方面,苏步青的微分几何学,江泽涵的代数拓扑学,陈省身的纤维丛理论和示性类理论等研究做了开创性的工作:在概率论与数理统计方面,许宝騄在一元和多元分析方面得到许多基本定理及严密证明。此外,李俨和钱宝琮开创了中国数学史的研究,他们在古算史料的注释整理和考证分析方面做了许多奠基性的工作,使我国的民族文化遗产重放光彩。
1949年11月即成立中国科学院。1951年3月《中国数学学报》复刊(1952年改为《数学学报》),1951年10月《中国数学杂志》复刊(1953年改为《数学通报》)。1951年8月中国数学会召开建国后第一次全国代表大会,讨论了数学发展方向和各类学校数学教学改革问题。
建国后的数学研究取得长足进步。50年代初期就出版了华罗庚的《堆栈素数论》(1953)、苏步青的《射影曲线概论》(1954)、陈建功的《直角函数级数的和》(1954)和李俨的《中算史论丛》(5辑,1954-1955)等专着,到1966年,共发表各种数学论文约2万余篇。除了在数论、代数、几何、拓扑、函数论、概率论与数理统计、数学史等学科继续取得新成果外,还在微分方程、计算技术、运筹学、数理逻辑与数学基础等分支有所突破,有许多论着达到世界先进水平,同时培养和成长起一大批优秀数学家。
60年代后期,中国的数学研究基本停止,教育瘫痪、人员丧失、对外交流中断,后经多方努力状况略有改变。1970年《数学学报》恢复出版,并创刊《数学的实践与认识》。1973年陈景润在《中国科学》上发表《大偶数表示为一个素数及一个不超过二个素数的乘积之和》的论文,在哥德巴赫猜想的研究中取得突出成就。此外中国数学家在函数论、马尔可夫过程、概率应用、运筹学、优选法等方面也有一定创见。
1978年11月中国数学会召开第三次代表大会,标志着中国数学的复苏。1978年恢复全国数学竞赛,1985年中国开始参加国际数学奥林匹克数学竞赛。1981年陈景润等数学家获国家自然科学奖励。1983年国家首批授于18名中青年学者以博士学位,其中数学工作者占2/3。1986年中国第一次派代表参加国际数学家大会,加入国际数学联合会,吴文俊应邀作了关于中国古代数学史的45分钟演讲。近十几年来数学研究硕果累累,发表论文专着的数量成倍增长,质量不断上升。1985年庆祝中国数学会成立50周年年会上,已确定中国数学发展的长远目标。代表们立志要不懈地努力,争取使中国在世界上早日成为新的数学大国。

(转自上海市数学会网站,中央大学数学系阮浩耘)

8. 数学简史

数学是中国古代科学中一门重要的学科,根据中国古代数学发展的特点,可以分为五个时期:萌芽;体系的形成;发展;繁荣和中西方数学的融合。

一、中国古代数学的萌芽原始公社末期,私有制和货物交换产生以后,数与形的概念有了进一步的发展,仰韶文化时期出土的陶器,上面已刻有表示1234的符号。到原始公社末期,已开始用文字符号取代结绳记事了。

西安半坡出土的陶器有用1~8个圆点组成的等边三角形和分正方形为100个小正方形的图案,半坡遗址的房屋基址都是圆形和方形。为了画圆作方,确定平直,人们还创造了规、矩、准、绳等作图与测量工具。据《史记·夏本纪》记载,夏禹治水时已使用了这些工具。

商代中期,在甲骨文中已产生一套十进制数字和记数法,其中最大的数字为三万;与此同时,殷人用十个天干和十二个地支组成甲子、乙丑、丙寅、丁卯等60个名称来记60天的日期;在周代,又把以前用阴、阳符号构成的八卦表示八种事物发展为六十四卦,表示64种事物。

公元前一世纪的《周髀算经》提到西周初期用矩测量高、深、广、远的方法,并举出勾股形的勾三、股四、弦五以及环矩可以为圆等例子。《礼记·内则》篇提到西周贵族子弟从九岁开始便要学习数目和记数方法,他们要受礼、乐、射、驭、书、数的训练,作为“六艺”之一的数已经开始成为专门的课程。

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,尤其是对于正名和一些命题的争论直接与数学有关。名家认为经过抽象以后的名词概念与它们原来的实体不同,他们提出“矩不方,规不可以为圆”,把“大一”(无穷大)定义为“至大无外”,“小一”(无穷小)定义为“至小无内”。还提出了“一尺之棰,日取其半,万世不竭”等命题。

而墨家则认为名来源于物,名可以从不同方面和不同深度反映物。墨家给出一些数学定义。例如圆、方、平、直、次(相切)、端(点)等等。

墨家不同意“一尺之棰”的命题,提出一个“非半”的命题来进行反驳:将一线段按一半一半地无限分割下去,就必将出现一个不能再分割的“非半”,这个“非半”就是点。

名家的命题论述了有限长度可分割成一个无穷序列,墨家的命题则指出了这种无限分割的变化和结果。名家和墨家的数学定义和数学命题的讨论,对中国古代数学理论的发展是很有意义的。

二、中国古代数学体系的形成

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》为代表的数学着作的出现。

《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,堪称是世界数学名着。例如分数四则运算、今有术(西方称三率法)、开平方与开立方(包括二次方程数值解法)、盈不足术(西方称双设法)、各种面积和体积公式、线性方程组解法、正负数运算的加减法则、勾股形解法(特别是勾股定理和求勾股数的方法)等,水平都是很高的。其中方程组解法和正负数加减法则在世界数学发展上是遥遥领先的。就其特点来说,它形成了一个以筹算为中心、与古希腊数学完全不同的独立体系。

《九章算术》有几个显着的特点:采用按类分章的数学问题集的形式;算式都是从筹算记数法发展起来的;以算术、代数为主,很少涉及图形性质;重视应用,缺乏理论阐述等。

这些特点是同当时社会条件与学术思想密切相关的。秦汉时期,一切科学技术都要为当时确立和巩固封建制度,以及发展社会生产服务,强调数学的应用性。最后成书于东汉初年的《九章算术》,排除了战国时期在百家争鸣中出现的名家和墨家重视名词定义与逻辑的讨论,偏重于与当时生产、生活密切相结合的数学问题及其解法,这与当时社会的发展情况是完全一致的。

《九章算术》在隋唐时期曾传到朝鲜、日本,并成为这些国家当时的数学教科书。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,并通过印度、阿拉伯传到欧洲,促进了世界数学的发展。

三、中国古代数学的发展

魏、晋时期出现的玄学,不为汉儒经学束缚,思想比较活跃;它诘辩求胜,又能运用逻辑思维,分析义理,这些都有利于数学从理论上加以提高。吴国赵爽注《周髀算经》,汉末魏初徐岳撰《九章算术》注,魏末晋初刘徽撰《九章算术》注、《九章重差图》都是出现在这个时期。赵爽与刘徽的工作为中国古代数学体系奠定了理论基础。

赵爽是中国古代对数学定理和公式进行证明与推导的最早的数学家之一。他在《周髀算经》书中补充的“勾股圆方图及注”和“日高图及注”是十分重要的数学文献。在“勾股圆方图及注”中他提出用弦图证明勾股定理和解勾股形的五个公式;在“日高图及注”中,他用图形面积证明汉代普遍应用的重差公式,赵爽的工作是带有开创性的,在中国古代数学发展中占有重要地位。

刘徽约与赵爽同时,他继承和发展了战国时期名家和墨家的思想,主张对一些数学名词特别是重要的数学概念给以严格的定义,认为对数学知识必须进行“析理”,才能使数学着作简明严密,利于读者。他的《九章算术》注不仅是对《九章算术》的方法、公式和定理进行一般的解释和推导,而且在论述的过程中有很大的发展。刘徽创造割圆术,利用极限的思想证明圆的面积公式,并首次用理论的方法算得圆周率为 157/50和 3927/1250。

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。

东晋以后,中国长期处于战争和南北分裂的状态。祖冲之父子的工作就是经济文化南移以后,南方数学发展的具有代表性的工作,他们在刘徽注《九章算术》的基础上,把传统数学大大向前推进了一步。他们的数学工作主要有:计算出圆周率在3.1415926~3.1415927之间;提出祖暅原理;提出二次与三次方程的解法等。

据推测,祖冲之在刘徽割圆术的基础上,算出圆内接正6144边形和正12288边形的面积,从而得到了这个结果。他又用新的方法得到圆周率两个分数值,即约率22/7和密率355/113。祖冲之这一工作,使中国在圆周率计算方面,比西方领先约一千年之久;

祖冲之之子祖暅总结了刘徽的有关工作,提出“幂势既同则积不容异”,即等高的两立体,若其任意高处的水平截面积相等,则这两立体体积相等,这就是着名的祖暅公理。祖暅应用这个公理,解决了刘徽尚未解决的球体积公式。

隋炀帝好大喜功,大兴土木,客观上促进了数学的发展。唐初王孝通的《缉古算经》,主要讨论土木工程中计算土方、工程分工、验收以及仓库和地窖的计算问题,反映了这个时期数学的情况。王孝通在不用数学符号的情况下,立出数字三次方程,不仅解决了当时社会的需要,也为后来天元术的建立打下基础。此外,对传统的勾股形解法,王孝通也是用数字三次方程解决的。

唐初封建统治者继承隋制,656年在国子监设立算学馆,设有算学博士和助教,学生30人。由太史令李淳风等编纂注释《算经十书》,作为算学馆学生用的课本,明算科考试亦以这些算书为准。李淳风等编纂的《算经十书》,对保存数学经典着作、为数学研究提供文献资料方面是很有意义的。他们给《周髀算经》、《九章算术》以及《海岛算经》所作的注解,对读者是有帮助的。隋唐时期,由于历法的需要,天算学家创立了二次函数的内插法,丰富了中国古代数学的内容。

算筹是中国古代的主要计算工具,它具有简单、形象、具体等优点,但也存在布筹占用面积大,运筹速度加快时容易摆弄不正而造成错误等缺点,因此很早就开始进行改革。其中太乙算、两仪算、三才算和珠算都是用珠的槽算盘,在技术上是重要的改革。尤其是“珠算”,它继承了筹算五升十进与位值制的优点,又克服了筹算纵横记数与置筹不便的缺点,优越性十分明显。但由于当时乘除算法仍然不能在一个横列中进行。算珠还没有穿档,携带不方便,因此仍没有普遍应用。

唐中期以后,商业繁荣,数字计算增多,迫切要求改革计算方法,从《新唐书》等文献留下来的算书书目,可以看出这次算法改革主要是简化乘、除算法,唐代的算法改革使乘除法可以在一个横列中进行运算,它既适用于筹算,也适用于珠算。

四、中国古代数学的繁荣

960年,北宋王朝的建立结束了五代十国割据的局面。北宋的农业、手工业、商业空前繁荣,科学技术突飞猛进,火药、指南针、印刷术三大发明就是在这种经济高涨的情况下得到广泛应用。1084年秘书省第一次印刷出版了《算经十书》,1213年鲍擀之又进行翻刻。这些都为数学发展创造了良好的条件。

从11~14世纪约300年期间,出现了一批着名的数学家和数学着作,如贾宪的《黄帝九章算法细草》,刘益的《议古根源》,秦九韶的《数书九章》,李冶的《测圆海镜》和《益古演段》,杨辉的《详解九章算法》《日用算法》和《杨辉算法》,朱世杰的《算学启蒙》《四元玉鉴》等,很多领域都达到古代数学的高峰,其中一些成就也是当时世界数学的高峰。

从开平方、开立方到四次以上的开方,在认识上是一个飞跃,实现这个飞跃的就是贾宪。杨辉在《九章算法纂类》中载有贾宪“增乘开平方法”、“增乘开立方法”;在《详解九章算法》中载有贾宪的“开方作法本源”图、“增乘方法求廉草”和用增乘开方法开四次方的例子。根据这些记录可以确定贾宪已发现二项系数表,创造了增乘开方法。这两项成就对整个宋元数学发生重大的影响,其中贾宪三角比西方的帕斯卡三角形早提出600多年。

把增乘开方法推广到数字高次方程(包括系数为负的情形)解法的是刘益。《杨辉算法》中“田亩比类乘除捷法”卷,介绍了原书中22个二次方程和 1个四次方程,后者是用增乘开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《数书九章》中收集了21个用增乘开方法解高次方程(最高次数为10)的问题。为了适应增乘开方法的计算程序,奏九韶把常数项规定为负数,把高次方程解法分成各种类型。当方程的根为非整数时,秦九韶采取继续求根的小数,或用减根变换方程各次幂的系数之和为分母,常数为分子来表示根的非整数部分,这是《九章算术》和刘徽注处理无理数方法的发展。在求根的第二位数时,秦九韶还提出以一次项系数除常数项为根的第二位数的试除法,这比西方最早的霍纳方法早500多年。

元代天文学家王恂、郭守敬等在《授时历》中解决了三次函数的内插值问题。秦九韶在“缀术推星”题、朱世杰在《四元玉鉴》“如象招数”题都提到内插法(他们称为招差术),朱世杰得到一个四次函数的内插公式。

用天元(相当于x)作为未知数符号,立出高次方程,古代称为天元术,这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。现存最早的天元术着作是李冶的《测圆海镜》。

从天元术推广到二元、三元和四元的高次联立方程组,是宋元数学家的又一项杰出的创造。留传至今,并对这一杰出创造进行系统论述的是朱世杰的《四元玉鉴》。

朱世杰的四元高次联立方程组表示法是在天元术的基础上发展起来的,他把常数放在中央,四元的各次幂放在上、下、左、右四个方向上,其他各项放在四个象限中。朱世杰的最大贡献是提出四元消元法,其方法是先择一元为未知数,其他元组成的多项式作为这未知数的系数,列成若干个一元高次方程式,然后应用互乘相消法逐步消去这一未知数。重复这一步骤便可消去其他未知数,最后用增乘开方法求解。这是线性方法组解法的重大发展,比西方同类方法早400多年。

勾股形解法在宋元时期有新的发展,朱世杰在《算学启蒙》卷下提出已知勾弦和、股弦和求解勾股形的方法,补充了《九章算术》的不足。李冶在《测圆海镜》对勾股容圆问题进行了详细的研究,得到九个容圆公式,大大丰富了中国古代几何学的内容。

已知黄道与赤道的夹角和太阳从冬至点向春分点运行的黄经余弧,求赤经余弧和赤纬度数,是一个解球面直角三角形的问题,传统历法都是用内插法进行计算。元代王恂、郭守敬等则用传统的勾股形解法、沈括用会圆术和天元术解决了这个问题。不过他们得到的是一个近似公式,结果不够精确。但他们的整个推算步骤是正确无误的,从数学意义上讲,这个方法开辟了通往球面三角法的途径。

中国古代计算技术改革的高潮也是出现在宋元时期。宋元明的历史文献中载有大量这个时期的实用算术书目,其数量远比唐代为多,改革的主要内容仍是乘除法。与算法改革的同时,穿珠算盘在北宋可能已出现。但如果把现代珠算看成是既有穿珠算盘,又有一套完善的算法和口诀,那么应该说它最后完成于元代。

宋元数学的繁荣,是社会经济发展和科学技术发展的必然结果,是传统数学发展的必然结果。此外,数学家们的科学思想与数学思想也是十分重要的。宋元数学家都在不同程度上反对理学家的象数神秘主义。秦九韶虽曾主张数学与道学同出一源,但他后来认识到,“通神明”的数学是不存在的,只有“经世务类万物”的数学;莫若在《四元玉鉴》序文中提出的“用假象真,以虚问实”则代表了高度抽象思维的思想方法;杨辉对纵横图结构进行研究,揭示出洛书的本质,有力地批判了象数神秘主义。所有这些,无疑是促进数学发展的重要因素。

中西方数学的融合

中国从明代开始进入了封建社会的晚期,封建统治者实行极权统治,宣传唯心主义哲学,施行八股考试制度。在这种情况下,除珠算外,数学发展逐渐衰落。

16世纪末以后,西方初等数学陆续传入中国,使中国数学研究出现一个中西融合贯通的局面;鸦片战争以后,近代数学开始传入中国,中国数学便转入一个以学习西方数学为主的时期;到19世纪末20世纪初,近代数学研究才真正开始。

从明初到明中叶,商品经济有所发展,和这种商业发展相适应的是珠算的普及。明初《魁本对相四言杂字》和《鲁班木经》的出现,说明珠算已十分流行。前者是儿童看图识字的课本,后者把算盘作为家庭必需用品列入一般的木器家具手册中。

随着珠算的普及,珠算算法和口诀也逐渐趋于完善。例如王文素和程大位增加并改善撞归、起一口诀;徐心鲁和程大位增添加、减口诀并在除法中广泛应用归除,从而实现了珠算四则运算的全部口诀化;朱载墒和程大位把筹算开平方和开立方的方法应用到珠算,程大位用珠算解数字二次、三次方程等等。程大位的着作在国内外流传很广,影响很大。

1582年,意大利传教士利玛窦到中国,1607年以后,他先后与徐光启翻译了《几何原本》前六卷、《测量法义》一卷,与李之藻编译《圜容较义》和《同文算指》。1629年,徐光启被礼部任命督修历法,在他主持下,编译《崇祯历书》137卷。《崇祯历书》主要是介绍欧洲天文学家第谷的地心学说。作为这一学说的数学基础,希腊的几何学,欧洲玉山若干的三角学,以及纳皮尔算筹、伽利略比例规等计算工具也同时介绍进来。

在传入的数学中,影响最大的是《几何原本》。《几何原本》是中国第一部数学翻译着作,绝大部分数学名词都是首创,其中许多至今仍在沿用。徐光启认为对它“不必疑”、“不必改”,“举世无一人不当学”。《几何原本》是明清两代数学家必读的数学书,对他们的研究工作颇有影响。

其次应用最广的是三角学,介绍西方三角学的着作有《大测》《割圆八线表》和《测量全义》。《大测》主要说明三角八线(正弦、余弦、正切、余切、正割、余割、正矢、余矢)的性质,造表方法和用表方法。《测量全义》除增加一些《大测》所缺的平面三角外,比较重要的是积化和差公式和球面三角。所有这些,在当时历法工作中都是随译随用的。

1646年,波兰传教士穆尼阁来华,跟随他学习西方科学的有薛凤柞、方中通等。穆尼阁去世后,薛凤柞据其所学,编成《历学会通》,想把中法西法融会贯通起来。《历学会通》中的数学内容主要有比例对数表》《比例四线新表》和《三角算法》。前两书是介绍英国数学家纳皮尔和布里格斯发明增修的对数。后一书除《崇祯历书》介绍的球面三角外,尚有半角公式、半弧公式、德氏比例式、纳氏比例式等。方中通所着《数度衍》对对数理论进行解释。对数的传入是十分重要,它在历法计算中立即就得到应用。

清初学者研究中西数学有心得而着书传世的很多,影响较大的有王锡阐《图解》、梅文鼎《梅氏丛书辑要》(其中数学着作13种共40卷)、年希尧《视学》等。梅文鼎是集中西数学之大成者。他对传统数学中的线性方程组解法、勾股形解法和高次幂求正根方法等方面进行整理和研究,使濒于枯萎的明代数学出现了生机。年希尧的《视学》是中国第一部介绍西方透视学的着作。

清康熙皇帝十分重视西方科学,他除了亲自学习天文数学外,还培养了一些人才和翻译了一些着作。1712年康熙皇帝命梅彀成任蒙养斋汇编官,会同陈厚耀、何国宗、明安图、杨道声等编纂天文算法书。1721年完成《律历渊源》100卷,以康熙“御定”的名义于1723年出版。其中《数理精蕴》主要由梅彀成负责,分上下两编,上编包括《几何原本》、《算法原本》,均译自法文着作;下编包括算术、代数、平面几何平面三角、立体几何等初等数学,附有素数表、对数表和三角函数表。由于它是一部比较全面的初等数学网络全书,并有康熙“御定”的名义,因此对当时数学研究有一定影响。

综上述可以看到,清代数学家对西方数学做了大量的会通工作,并取得许多独创性的成果。这些成果,如和传统数学比较,是有进步的,但和同时代的西方比较则明显落后了。

雍正即位以后,对外闭关自守,导致西方科学停止输入中国,对内实行高压政策,致使一般学者既不能接触西方数学,又不敢过问经世致用之学,因而埋头于究治古籍。乾嘉年间逐渐形成一个以考据学为主的乾嘉学派。

随着《算经十书》与宋元数学着作的收集与注释,出现了一个研究传统数学的高潮。其中能突破旧有框框并有发明创造的有焦循、汪莱、李锐、李善兰等。他们的工作,和宋元时代的代数学比较是青出于蓝而胜于蓝的;和西方代数学比较,在时间上晚了一些,但这些成果是在没有受到西方近代数学的影响下独立得到的。

与传统数学研究出现高潮的同时,阮元与李锐等编写了一部天文数学家传记—《畴人传》,收集了从黄帝时期到嘉庆四年已故的天文学家和数学家270余人(其中有数学着作传世的不足50人),和明末以来介绍西方天文数学的传教士41人。这部着作全由“掇拾史书,荃萃群籍,甄而录之”而成,收集的完全是第一手的原始资料,在学术界颇有影响。

1840年鸦片战争以后,西方近代数学开始传入中国。首先是英人在上海设立墨海书馆,介绍西方数学。第二次鸦片战争后,曾国藩、李鸿章等官僚集团开展“洋务运动”,也主张介绍和学习西方数学,组织翻译了一批近代数学着作。

其中较重要的有李善兰与伟烈亚力翻译的《代数学》《代微积拾级》;华蘅芳与英人傅兰雅合译的《代数术》《微积溯源》《决疑数学》;邹立文与狄考文编译的《形学备旨》《代数备旨》《笔算数学》;谢洪赉与潘慎文合译的《代形合参》《八线备旨》等等。

《代微积拾级》是中国第一部微积分学译本;《代数学》是英国数学家德·摩根所着的符号代数学译本;《决疑数学》是第一部概率论译本。在这些译着中,创造了许多数学名词和术语,至今还在应用,但所用数学符号一般已被淘汰了。戊戌变法以后,各地兴办新法学校,上述一些着作便成为主要教科书。

在翻译西方数学着作的同时,中国学者也进行一些研究,写出一些着作,较重要的有李善兰的《尖锥变法解》《考数根法》;夏弯翔的《洞方术图解》《致曲术》《致曲图解》等等,都是会通中西学术思想的研究成果。

由于输入的近代数学需要一个消化吸收的过程,加上清末统治者十分腐败,在太平天国运动的冲击下,在帝国主义列强的掠夺下,焦头烂额,无暇顾及数学研究。直到1919年五四运动以后,中国近代数学的研究才真正开始。