在世界古代數學中,古希臘歐幾里得幾何學的輝煌成就可說是家喻戶曉,為人們所熟知了。但是,對于中國古代數學的成就,人們卻知之甚少,或知之不詳。其實,中國古代數學的成就同樣是極其輝煌的,并對人類文明的發展做出了特殊的貢獻。今天小編就來為大家盤點盤點我國古代在數學上所獲得的成就~
1、《周髀算經》:
漢武帝時期,我國第一部數學著作,是我國現存文獻中最早記錄勾股定理的著作。
2、《九章算術》漢代著作,應用了分數、負數、比例、開平方、二次方程與聯立一次方程等,標志著我國古代數學完整體系的形成。
3、九九乘法表春秋戰國時代發明。十進位制和九九表是古代中國對世界文化的一項重要的貢獻。
首先,我們來詳細了解一下,現在人們日常生活中所不可或離的十進位值制。早在商代時,中國已采用了十進位值制。從現已發現的商代陶文和甲骨文中,可以看到當時已能夠用一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、千、萬等13個數字,記十萬以內的任何自然數。這些記數文字的形狀,在后世雖有所變化而成為現在的寫法,但記數方法卻從沒有中斷,一直被沿襲,并日趨完善。現在通用的印度—阿拉伯數碼和記數法,大約在10世紀時才傳到歐洲。由此可見,十進位值制的記數法是古代世界中最先進、科學的記數法,對世界科學和文化的發展有著不可估量的作用。正如李約瑟所說的:“如果沒有這種十進位制,就不可能出現我們現在這個統一化的世界了。”
在計算數學方面,中國大約在商周時期已經有了四則運算,到春秋戰國時期整數和分數的四則運算已相當完備。其中,出現于春秋時期的正整數乘法歌訣“九九歌”,堪稱是先進的十進位記數法與簡明的中國語言文字相結合之結晶,這是任何其他記數法和語言文字所無法產生的。從此,“九九歌”成為數學的普及和發展的基礎之一,一直延續至今。其變化只是古代的“九九歌”從“九九八十一”開始,到“二二如四”止,而現在是由“一一如一”到“九九八十一”。
與此同時,中國發明了特有的計算工具和方法,即用“算籌”進行計算。“籌”是一些粗細、長短一樣的小竹棍,也有用木或骨制成的,后來還有用鐵等金屬制作的。用算籌表示數目,有兩種形式,即縱式和橫式:
在表示數字時,用縱式代表個、百、萬位的數,用橫式代表十、千位的數,遇零則用空位表示,如此就可以用算籌擺出任何自然數。
用算籌進行計算,叫做“籌算”。即通過算籌的擺列,進行加減乘除以至開平方、開立方等的運算,整數以后的奇零部分,則用分數表示。后來的“籌劃”、“籌策”、“籌算”、“籌議”等常用詞,都是由此演生和引申出來的。
正是在上述的基礎上,中國古代數學以擅長計算著稱于世,并逐步形成了自具特色的數學體系。《九章算術》一書是這個體系形成的重要標志。《九章算術》大約成書于公元1世紀中葉,是集戰國和秦漢數學成就之大全的著名古算書。該書采用應用題集形式寫成,共收入實際生產和生活中的數學問題246個,并給出答案。全書分為九章:
第一章“方田”,主要講的是田畝面積的計算,包括分數的各種計算方法;
第二章“粟米”,講各種比例問題,特別是關于各種谷物間按比例相互交換的計算方法;
第三章“衰分”,講按等級分配物資或攤派稅收的比例問題;
第四章“少廣”,講開平方、開立方的計算方法;
第五章“商功”,講各種形狀的體積的計算方法;
第六章“均輸”,講如何按人口、物價高低、路途遠近等條件,以計算各地的賦稅和分派工役等問題的計算方法;
第七章“盈不足”,即用假設的方法解決如下一類的問題:“今有(人)共買(物),(每)人出八(錢)盈余三(錢),(每)人出七(錢)不足四(錢),問人數、物價各幾何?”這類問題,在《九章算術》中已有完整的解法;
第八章“方程”,是關于聯立一次方程組普遍解法的敘述;
第九章“勾股”,主要是應用勾股定理和直角三角形相似的各種比例關系,測量和計算“高、深、廣、遠”的問題。
《九章算術》不僅有著一套較為完整的編寫體例,形成了具有自己風格的數學體系,而且其數學水平處于當時世界的先進行列,其中一些成就還遠遠走在世界的前面。如“盈不足術”類似于現代“行列式解法”,它在歐洲至中世紀方以“雙設法”的形式出現;歐洲直到16世紀時方得出類似一次聯立方程組的普遍解法;
再有“方程”章中已引入了負數的概念,并已產生和運用了正、負數的加減法則,而印度到7世紀以后,歐洲到16世紀以后,才產生比較明確的負數概念。
以《九章算術》為代表的中國數學體系,其特點是以解決社會實際問題為主要目的,以算籌為主要計算工具,以十進位值制的記數系統進行運算,其內容包括算術、代數、幾何等各個方面。這個數學體系在其自身的發展歷程中,逐步走向自己的高峰,呈現著久盛不衰的局勢,并結下了累累的碩果。其中最為突出的成就有:
古代世界中最精確的圓周率,三國曹魏景元四年(263),著名數學家劉徽在為《九章算術》作注時,創立了割圓術的新方法,他認為當圓內接正多邊形的邊數無限增加時,其周長即愈益逼近圓周長,“割之彌細,所失彌小。割之又割,以至于不可割,則與圓合體而無所失矣” 。由此可以看到,劉徽已把極限的思想應用于圓周率的計算。
劉徽應用割圓術,從圓內接正六邊形算起,邊數逐步加倍,直算至圓內接正192邊形的面積,求得圓周率相當于3.1416),成為當時世界上最精確的圓周率數據。在實際應用中,他則主張采用(相當于3.14)。
南朝的祖沖之繼承了劉徽的工作,求出了精確到七位有效數字的圓周率:3.1415926<π<3.1415927。這一結果的得到,相當于應用算籌對九位數字的大數目進行各種運算(包括開方)130次以上,其勞動量之大是可以想象的。
為了計算方便,祖沖之還求出了兩個用分數表示圓周率的數據,一個是,稱密率,這是分子、分母在一千以內表示圓周率的最佳漸近分數;另一個是,稱約率。祖沖之求得的圓周率數據,遠遠地走在世界的前面,直至1000年后,阿拉伯數學家阿爾·卡西(al Kashi)于公元1427年,法國數學家維葉特(Viete)于公元1540—1603年間,才求出更精確的數據。而密率的求得,歐洲也是直至16世紀方達到的。
其他如隋代劉焯創立的“等間距二次內插法”;唐代一行的“不等間距二次內插法”,王孝通的三次方程解法;宋元時期的解三次以上方程的方法,高階等差級數求和、聯立一次同余式等等,也都在世界上領先數百年之久。而在明代廣泛使用的珠算盤,更是幾百年來最先進的一種計算工具,至今仍有一定的生命力。
但這并不是說,中國古代就沒有幾何學。其中墨子在《墨經》中所提出的圓、直、點、線、面、體、平行等各種命題和概念,都可與歐幾里得幾何學的相關定理和命題媲美。勾股定理及其應用,制圖工具規、矩的普遍使用,也都反映了中國古代在幾何學方面有著相當的成就。當然,在實用計算數學的掩蓋下,中國古代在幾何學上沒有在理性論證方面得到充分地發展;計算數學本身也在《九章算術》體例的影響下,一直采用習題問答的方式,沒有加以很好地抽象、提高,使其更具理性化的程度,這不能不說是重大的缺陷。