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透过数学家了解中国古代数学文化

时间:2023-05-09 23:27:55

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透过数学家了解中国古代数学文化

中华文化源远流长博大精深,在古代数学发展中涌现出了许多杰出的数学家,为推动数学发展作出了彪炳千古的贡献。刘徽、祖冲之,祖暅、贾宪和杨辉是其中的佼佼者,他们的丰功伟绩值得我们崇敬,他们百折不挠的治学精神,值得我们学习。

西汉时代旳《九章算术》,标志着中国数学已逐渐形成体系。《九章算术》旳作者不详.很可能通过多人之手逐次整理、修改、补充而成旳我国古代数学家集体智慧结晶.《九章算术》的产生是社会发展和数学知识长期积累的结果,分为九章,共收集了246个应用问题和各种问题的解法。

“ 勾股定理 ” 是人类最伟大的十个科学发现之一,《九章算术》的第九章中利用勾股定理求解各种问题。其中的绝大多数内容是与当时的社会生活密切相关的。提出了勾股数问题的通解公式:若a、b、c分别是勾股形的勾、股、弦,则,m>n。在西方,毕达哥拉斯、欧几里得等仅得到了这个公式的几种特殊情况,直到3世纪的丢番图才取得相近的结果,这已比《九章算术》晚约3个世纪了。

《九章算术》确定了中国古代数学的框架,以计算为中心密切联系实际,以解决人们生产、生活中的数学问题为目。《九章算术》影响其后中国数学发展的形式:数学家注解该书,或者模仿该书进行研究或编著书籍。魏晋期间伟大的数学家刘徽的著作《九章算术注》受到世人瞩目,是中国最宝贵的数学遗产。

一、刘徽

刘徽(约225年—约295年)是中国古典数学理论的奠基人之一。刘徽思想敏捷,方法灵活,既提倡推理又主张直观。继承的基础上提出了自己的创见,主要体现为以下几项有代表性的创见:

1.在代数方面,他正确地提出了正负数的概念及其加减运算的法则,改进了线性方程组的解法。

2.在几何方面,提出了刘徽提出的计算圆周率的科学方法, 他在《九章算术 圆田术》注中,用割圆术证明了圆面积的精确公式,并给出了计算圆周率的科学方法。他首先从圆内接六边形开始割圆,每次边数倍增,算到192边形的面积,得到π=157/50=3.14,又算到3072边形的面积,得到π=3927/1250=3.1416,称为“徽率”。奠定了此后千余年来中国圆周率计算在世界上的领先地位。

3.在勾股理论方面逐一论证了有关勾股定理与解勾股形的计算原理,建立了相似勾股形理论,发展了勾股测量术,通过对“勾中容横”与“股中容直”之类的典型图形的论析,形成了中国特色的相似理论。

二、祖冲之

祖冲之(429年—500年),中国南北朝时期杰出的数学家、天文学家。祖冲之一生钻研自然科学,其主要贡献在数学、天文历法和机械制造三方面。

1.他在刘徽开创的探索圆周率的精确方法的基础上,首次将“圆周率”精算到小数第七位,即在3.1415926和3.1415927之间,祖冲之因此入选世界纪录协会世界第一位将圆周率值计算到小数第7位的科学家。后人将“约率”用他的名字命名为“祖冲之圆周率”,简称“祖率”。

2.祖冲之吸取了前人的理论,加上自己的观察,推算的闰周精密程度极高,一个回归年的长度为365.2428141日,与今天的推算值仅相差46秒。

3.祖冲之对木、水、火、金、土等五大行星在天空运行的轨道和运行一周所需的时间,也进行了观测和推算,给出了更精确的五星会合周期。木星398.903日(误差0.019日),火星780.031日(误差0.094日),土星378.070日(误差0.022日),金星583.931日(误差0.009日),水星115.880日(误差0.002日)。

三、祖暅[gèng]

祖暅[gèng](456年—536年),中国南北朝时期数学家、天文学家,祖冲之之子。

1.祖暅是古代另类的“官二代”,沉迷于科学研究。青年时代起,祖暅就开始当父亲的助手:父亲编《大明历》,他帮助观测;父亲推算圆周率,他协助摆算筹;父亲研制指南车,他准备材料……某日,祖暅在宫门外边走边思考问题,由于入了神,竟一头撞在官员许勉身上。人家许勉差点摔倒,祖暅却浑然不觉,只顾朝前走。

2.祖冲之父子总结了魏晋时期著名数学家刘徽的有关工作,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,这就是著名的祖暅公理(或刘祖原理)。祖暅应用这个原理,解决了刘徽尚未解决的球体积公式。该原理在西方直到十七世纪才由意大利数学家卡瓦列利发现,比祖暅晚一千一百多年。祖暅是我国古代最伟大的数学家之一。

四、贾宪

贾宪,北宋人,对于《九章算术》中提出的问题,抽象分析,揭示数学本质;借助程序化,讲解方法的原理;提纲挈领,梳理知识脉络;注重知识系统化,避免产生悖论。这些思想方法对宋元数学家有很深的影响。约于贾宪1050年左右完成《黄帝九章算经细草》,原书佚失,但其主要内容被杨辉(约13世纪中)著作所抄录,因此传世。杨辉《详解九章算法》(1261)载有“开方作法本源”图,注明“贾宪用此术”。这就是著名的“贾宪三角”,或称“杨辉三角”。

五、杨辉

杨辉,南宋杰出的数学家。杨辉一生留下了大量的著述,他著名的数学书共五种二十一卷,他非常重视数学教育的普及和发展,在《算法通变本末》中,杨辉为初学者制订的"习算纲目"是中国数学教育史上的重要文献。

杨辉是系统研究幻方的第一人。在数学中,幻方蕴涵的哲理思想是最为丰富的。幻方的布局规律、构造原理蕴涵着一种概括天地万物的生存结构,是说明宇宙产生和发展的数学模型。

杨辉三角是中国古代数学的杰出研究成果之一,它把二项式系数图形化,把组合数内在的一些代数性质直观地从图形中体现出来,是一种离散型的数与形的结合。在欧洲,这个表叫做帕斯卡三角形。帕斯卡(1623----1662)是在1654年发现这一规律的,比杨辉要吃393年,比贾宪迟600年。

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