說到數學,或許是很多人學生時代的噩夢,十個阿拉伯數字組成不同的難題,各種各樣的公式定理需要背誦記憶,用來解決不同的問題。這些不同公式定理背後所代表的卻是無數人智慧的結晶,有人說數學無用,但其實數學與我們的生活息息相關。
人類文明的發展離不開數學,下面我們就來看看千年前的古人是否學習數學,他們學的數學又是什麼樣的?
古代數學的産生和萌芽早在殷商時期,充滿智慧的先民已經認識到數字對于人們生活的重要性。在殷墟甲骨蔔辭中,就已經出現了用于記錄數字的符号,如同阿拉伯數字一般,一至九這九個數字,寫法較為簡便,甚至有"百、千、萬"這樣的數值較大的書寫符号。
據考證,在已經出土的甲骨蔔辭中可以證明,商代甲骨文的數字已經構成了完整的十進制,由此看來,中國是世界上最早采用十進位值制的地區。甲骨蔔辭中表示多位數時,常用合文連同位值一同表出,與十進位值制的原則完全相符。在郭沫若先生的《甲骨文字研究》中認為,殷商人有時在記錄百位數字與十位數字,個位數字之間,常常添加"又"字的甲骨文,例如:"五十又六"等等。
大約西周時期晚期,出現了用于計算的工具,即為算籌。算籌,是我國傳統數學的主要計算工具。春秋戰國時期,算籌的應用已經較為普遍。但由于時間過于久遠,也沒有出土實物的證明,先秦之前的算籌規制目前尚沒有準确定論。但據《逸周書》、《楚辭》、《方言》等書中粗略記載,早期的算籌沒有統一的規制,樹枝、竹枝、茅草之類的東西都是可以做籌,這類材料的通用特點就是長而細。在20世紀50年代,長沙戰國晚期墓有竹制算籌出土。
在西漢時期,算籌的規制已經被統一了,在《漢書律曆志》中記載:"其算法用竹,徑一分,長六寸,二百七十一枚而成六觚,為一握。"漢代算籌的長度相當于今天的13.8厘米,寬0.69厘米。古代是如何用算籌記數,在漢代的文獻并沒有記載,隻能在後世的文獻中窺見一斑。算籌的功用大緻和後代的算盤珠子相類似,用算籌表示數字有縱橫兩式,據後代文獻記載,用算籌表示多位數時,從末位到首位須遵守縱橫相間的原則,用空位表示零。用算籌來記數的方法,縱橫排列,對古代數學的加減乘除的運算起到了十分重要的作用。
古代數學的發展到了秦代,中央集權的封建國家建立,為了鞏固政權,秦始皇統一度量衡,這使得人們在工具的使用方面變得一緻。随後的漢代,社會穩定、經濟發展,人們對于知識的追求更為渴望。經過無數人的努力和聰明才智,在公元前50年左右确立了中國傳統數學的經典《九章算術》。該書的确立标志着以籌算為中心的中國傳統數學體系已經形成。在之後的六七百年間,在算法、算理以及應用等許多方面都在不斷的發展。唐代初期,李淳風對十部算經進行注釋,對這一段時期的的數學文獻做了一次比較系統的整理。
說到傳統數學,就不得不提到《九章算術》,這是中國最古老的數學經典著作。現在流傳下來的文獻《九章算術》,是東漢時期編纂而成的。《九章算術》九卷,共246題、202術。在古代時期,大部分的科學知識的發展是和農業生産密切相關的,這部著作也不例外。全書收錄的問題是與生産、生活實踐有聯系的應用問題,其中每道題有問(題目)、答(答案)、術(解題的步驟,但沒有證明)。有的是一題一術,有的是多題一術或一題多術。這些問題依照性質和解法分别隸屬于方田、粟米、衰分、少廣、商功、均輸、盈不足、方程及勾股。内容涉及算術、平面幾何、立體幾何、初等代數等分支。
這本書雖然立足點是為了生活問題的解決,但也對數學的發展做出了突出的貢獻,其成就主要在于代數方面,特别是開平方法、開立方法、多元一次方程組解法及正負數加減法則等,均屬世界數學史上領先的成果。開平方法與開立方法的原理相同。
除了《九章算術》,古代數學中還有很多著作,它們共同促進古代傳統數學體系的發展。三國時代吳國人趙爽對《周髀算經》進行作注,其中的"勾股圓方圖注"與"日高圖注"是勾股算法的重要發展。"勾股圓方圖注"用嚴謹的證明,證明了其中包括二次方程的幾何解法。"日高圖注"證明了"蓋天說"的日高公式。
劉徽對《九章算術》作注與《海島算經》對中國傳統數學體系、算法做出卓越貢獻。劉徽在《九章算術》的作注的序中寫道:"故枝條雖分而同本幹者,知發其一端而已。"這種探本求源的治學态度與其注文中所體現的深刻數學觀點一脈相承。劉徽的注文給古代數學的發展添磚加瓦,不僅對《九章算術》中的許多算法 進行論證,并給出若幹富有創造性的算法,使該書的内容得以豐富和發展。
曆經漢唐數百年的發展,古代數學積累了以十部算經為代表的豐富内容。這十部算經分别是:《周髀算經》、《九章算術》、《海島算經》、《孫子算經》、《張丘建算經》、《五曹算經》、《五經算術》、《緝古算經》、《夏侯陽算經》以及《綴術》。這十部算經,形成了古代數學的體系建構,是由唐代李淳風等人進行注釋之後成為定本。這是對先秦、漢唐時期數學著作的一次系統整理,對後世數學的發展産生了深遠的影響。
北宋到元朝時期,傳統數學不斷發展,數學著作相繼問世,如劉益《議古根源》在求解高次方程方面有重要貢獻;秦九韶在《數書九章》中記載的正負開方術;李冶《測圓海鏡》中記載的天元術,也就是設立未知數解方程。
此後數百年,我國的傳統數學不斷發展,到了明末清初,西方數學的傳入更是成為數學發展的中堅力量。
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