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中國(guó)古代數(shù)學(xué)的成就與衰落(二)

佚名 2025-03-26 10:24:04

數(shù)學(xué)在中國(guó)歷史久矣。在殷墟出土的甲骨文中有一些是記錄數(shù)字的文字

,包括從一至十
,以及百
、千
、萬(wàn)
,最大的數(shù)字為三萬(wàn)
;司馬遷的史記提到大禹治水使用了規(guī)
、矩
、準(zhǔn)
、繩等作圖和測(cè)量工具,而且知道“勾三股四弦五”
;據(jù)說(shuō)《易經(jīng)》還包含組合數(shù)學(xué)與二進(jìn)制思想。2002年在湖南發(fā)掘的秦代古墓中
,考古人員發(fā)現(xiàn)了距今大約2200多年的九九乘法表
,與現(xiàn)代小學(xué)生使用的乘法口訣“小九九”十分相似。

算籌是中國(guó)古代的計(jì)算工具

,它在春秋時(shí)期已經(jīng)很普遍;使用算籌進(jìn)行計(jì)算稱為籌算
。中國(guó)古代數(shù)學(xué)的最大特點(diǎn)是建立在籌算基礎(chǔ)之上
,這與西方及阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)是明顯不同的。

但是

,真正意義上的中國(guó)古代數(shù)學(xué)體系形成于自西漢至南北朝的三、四百年期間
?div id="m50uktp" class="box-center"> !端銛?shù)書》成書于西漢初年,是傳世的中國(guó)最早的數(shù)學(xué)專著
,它是1984年由考古學(xué)家在湖北江陵張家山出土的漢代竹簡(jiǎn)中發(fā)現(xiàn)的?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">!吨荀滤憬?jīng)》編纂于西漢末年
,它雖然是一本關(guān)于“蓋天說(shuō)”的天文學(xué)著作
,但是包括兩項(xiàng)數(shù)學(xué)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
,并而開(kāi)方除之,得邪至日
?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">!?-這是中國(guó)最早關(guān)于勾股定理的書面記載);(2)測(cè)太陽(yáng)高或遠(yuǎn)的“陳子測(cè)日法”

《九章算術(shù)》在中國(guó)古代數(shù)學(xué)發(fā)展過(guò)程中占有非常重要的地位。它經(jīng)過(guò)許多人整理而成

,大約成書于東漢時(shí)期
。全書共收集了246個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題并且提供其解法,主要內(nèi)容包括分?jǐn)?shù)四則和比例算法
、各種面積和體積的計(jì)算、關(guān)于勾股測(cè)量的計(jì)算等
。在代數(shù)方面
,《九章算術(shù)》在世界數(shù)學(xué)史上最早提出負(fù)數(shù)概念及正負(fù)數(shù)加減法法則;現(xiàn)在中學(xué)講授的線性方程組的解法和《九章算術(shù)》介紹的方法大體相同
。注重實(shí)際應(yīng)用是《九章算術(shù)》的一個(gè)顯著特點(diǎn)。該書的一些知識(shí)還傳播至印度和阿拉伯
,甚至經(jīng)過(guò)這些地區(qū)遠(yuǎn)至歐洲

《九章算術(shù)》標(biāo)志以籌算為基礎(chǔ)的中國(guó)古代數(shù)學(xué)體系的正式形成。

中國(guó)古代數(shù)學(xué)在三國(guó)及兩晉時(shí)期側(cè)重于理論研究

,其中以趙爽與劉徽為主要代表人物。

趙爽是三國(guó)時(shí)期吳人

,在中國(guó)歷史上他是最早對(duì)數(shù)學(xué)定理和公式進(jìn)行證明的數(shù)學(xué)家之一
,其學(xué)術(shù)成就體現(xiàn)于對(duì)《周髀算經(jīng)》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(shí)這已經(jīng)體現(xiàn)“割補(bǔ)原理”的方法。用幾何方法求解二次方程也是趙爽對(duì)中國(guó)古代數(shù)學(xué)的一大貢獻(xiàn)
。三國(guó)時(shí)期魏人劉徽則注釋了《九章算術(shù)》
,其著作《九章算術(shù)注》不僅對(duì)《九章算術(shù)》的方法、公式和定理進(jìn)行一般的解釋和推導(dǎo)
,而且系統(tǒng)地闡述了中國(guó)傳統(tǒng)數(shù)學(xué)的理論體系與數(shù)學(xué)原理,并且多有創(chuàng)造
。其發(fā)明的“割圓術(shù)”(圓內(nèi)接正多邊形面積無(wú)限逼近圓面積)
,為圓周率的計(jì)算奠定了基礎(chǔ),同時(shí)劉徽還算出圓周率的近似值--“3927/1250(3.1416)”
。他設(shè)計(jì)的“牟合方蓋”的幾何模型為后人尋求球體積公式打下重要基礎(chǔ)。在研究多面體體積過(guò)程中
,劉徽運(yùn)用極限方法證明了“陽(yáng)馬術(shù)”
。另外,《海島算經(jīng)》也是劉徽編撰的一部數(shù)學(xué)論著

南北朝是中國(guó)古代數(shù)學(xué)的蓬勃發(fā)展時(shí)期,計(jì)有《孫子算經(jīng)》

、《夏侯陽(yáng)算經(jīng)》、《張丘建算經(jīng)》等算學(xué)著作問(wèn)世

祖沖之、祖?父子的工作在這一時(shí)期最具代表性

。他們著重進(jìn)行數(shù)學(xué)思維和數(shù)學(xué)推理
,在前人劉徽《九章算術(shù)注》的基礎(chǔ)上前進(jìn)了一步。根據(jù)史料記載
,其著作《綴術(shù)》(已失傳)取得如下成就:①圓周率精確到小數(shù)點(diǎn)后第六位,得到3.1415926

公元600年

,隋代劉焯在制訂《皇極歷》時(shí)
,在世界上最早提出了等間距二次內(nèi)插公式;唐代僧一行在其《大衍歷》中將其發(fā)展為不等間距二次內(nèi)插公式

從公元11世紀(jì)到14世紀(jì)的宋、元時(shí)期

,是以籌算為主要內(nèi)容的中國(guó)古代數(shù)學(xué)的鼎盛時(shí)期
,其表現(xiàn)是這一時(shí)期涌現(xiàn)許多杰出的數(shù)學(xué)家和數(shù)學(xué)著作。中國(guó)古代數(shù)學(xué)以宋、元數(shù)學(xué)為最高境界
。在世界范圍內(nèi)宋、元數(shù)學(xué)也幾乎是與阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)一道居于領(lǐng)先集團(tuán)的

賈憲在《黃帝九章算法細(xì)草》中提出開(kāi)任意高次冪的“增乘開(kāi)方法”

,同樣的方法至1819年才由英國(guó)人霍納發(fā)現(xiàn);賈憲的二項(xiàng)式定理系數(shù)表與17世紀(jì)歐洲出現(xiàn)的“巴斯加三角”是類似的
。遺憾的是賈憲的《黃帝九章算法細(xì)草》書稿已佚。

秦九韶是南宋時(shí)期杰出的數(shù)學(xué)家

。1247年
,他在《數(shù)書九章》中將“增乘開(kāi)方法”加以推廣,論述了高次方程的數(shù)值解法
,并且例舉20多個(gè)取材于實(shí)踐的高次方程的解法(最高為十次方程)
。16世紀(jì)意大利人菲爾洛才提出三次方程的解法
。另外
,秦九韶還對(duì)一次同余式理論進(jìn)行過(guò)研究。

李冶于1248年發(fā)表《測(cè)圓海鏡》

,該書是首部系統(tǒng)論述“天元術(shù)”(一元高次方程)的著作
,在數(shù)學(xué)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(kāi)批判輕視科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)
,將數(shù)學(xué)貶為“賤技”
、“玩物”等長(zhǎng)期存在的士風(fēng)謬論

公元1261年

,南宋楊輝(生卒年代不詳)在《詳解九章算法》中用“垛積術(shù)”求出幾類高階等差級(jí)數(shù)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(yùn)算法
。公元1280年
,元代王恂
、郭守敬等制訂《授時(shí)歷》時(shí),列出了三次差的內(nèi)插公式
。郭守敬還運(yùn)用幾何方法求出相當(dāng)于現(xiàn)在球面三角的兩個(gè)公式

公元1303年,元代朱世杰(生卒年代不詳)著《四元玉鑒》

,他把“天元術(shù)”推廣為“四元術(shù)”(四元高次聯(lián)立方程),并提出消元的解法
,歐洲到公元1775年法國(guó)人別朱(Bezout)才提出同樣的解法。朱世杰還對(duì)各有限項(xiàng)級(jí)數(shù)求和問(wèn)題進(jìn)行了研究
,在此基礎(chǔ)上得出了高次差的內(nèi)插公式,歐洲到公元1670年英國(guó)人格里高利(Gregory)和公元1676一1678年間牛頓(Newton)才提出內(nèi)插法的一般公式

14世紀(jì)中

、后葉明王朝建立以后,統(tǒng)治者奉行以八股文為特征的科舉制度
,在國(guó)家科舉考試中大幅度消減數(shù)學(xué)內(nèi)容,于是自此中國(guó)古代數(shù)學(xué)便開(kāi)始呈現(xiàn)全面衰退之勢(shì)

明代珠算開(kāi)始普及于中國(guó)

。1592年程大位編撰的《直指算法統(tǒng)宗》是一部集珠算理論之大成的著作。但是有人認(rèn)為
,珠算的普及是抑制建立在籌算基礎(chǔ)之上的中國(guó)古代數(shù)學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的主要原因之一

由于演算天文歷法的需要

,自16世紀(jì)末開(kāi)始
,來(lái)華的西方傳教士便將西方一些數(shù)學(xué)知識(shí)傳入中國(guó)。數(shù)學(xué)家徐光啟向意大利傳教士利馬竇學(xué)習(xí)西方數(shù)學(xué)知識(shí)
,而且他們還合譯了《幾何原本》的前6卷(1607年完成)
。徐光啟應(yīng)用西方的邏輯推理方法論證了中國(guó)的勾股測(cè)望術(shù)
,因此而撰寫了《測(cè)量異同》和《勾股義》兩篇著作。鄧玉函編譯的《大測(cè)》(2卷)
、《割圓八線表》(6卷)和羅雅谷的《測(cè)量全義》(10卷)是介紹西方三角學(xué)的著作

此外在數(shù)學(xué)方面鮮有較大成就取得,中國(guó)古代數(shù)學(xué)自此便衰落了

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