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數(shù)學(xué)文化:數(shù)學(xué)傳統(tǒng)最悠久的國家

來源:網(wǎng)絡(luò)資源 文章作者:奧數(shù)網(wǎng)整理 2019-06-03 22:13:05

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  中國數(shù)學(xué)一開始便注重實際應(yīng)用,在實踐中逐步完善和發(fā)展,形成了一套完全是自己獨創(chuàng)的方式和方法。形數(shù)結(jié)合,以算為主,使用算器,建立一套算法體系是中國數(shù)學(xué)的顯著特色;“寓理于算”和理論的高度精煉,是中國數(shù)學(xué)理論的重要特征。

  10進位位值制、甲子紀年法、規(guī)矩作圖等有強大的生命力,經(jīng)歷三四千年沿用至今,充分說明了中國是數(shù)學(xué)傳統(tǒng)最悠久的國家。

  在中國數(shù)學(xué)的形成時期的第二階段,中國與印度有著文化交流,中國古代的算術(shù)和代數(shù)學(xué)對印度數(shù)學(xué)有很大的影響。后者也偏重于量與數(shù)的計算方法,通過阿拉伯傳到歐洲后,放出異常的光彩。西洋數(shù)學(xué)史家一般認為近代數(shù)學(xué)的產(chǎn)生應(yīng)歸功于印度數(shù)學(xué)的貢獻,實際上中國古代數(shù)學(xué)的功績是不可磨滅的。

  在原始社會后期,我們的祖先就已經(jīng)建立了10進制,至遲到春秋戰(zhàn)國之際,在計算中又普遍使用了算籌。在數(shù)學(xué)上,僅就發(fā)明完善的10進位位值制這一記數(shù)法來說,中國對人類文化已經(jīng)做出了非常重大的貢獻,可以與“四大發(fā)明”相媲美。馬克思稱10進位位值記數(shù)法為“最妙的發(fā)明之一”,李約瑟在《中國科學(xué)技術(shù)史》中說:“奇怪的是,忠實于表意原則而不使用字母的文化,反而發(fā)展了現(xiàn)代人類普遍使用的10進位的最早形式,如果沒有這種10進位制,就幾乎不可能出現(xiàn)我們現(xiàn)在這個統(tǒng)一化的世界了”。

  有史可考的確鑿證據(jù)是,公元前14世紀的殷代甲骨文卜辭中的很多記數(shù)的文字。大于10的自然數(shù)都用10進位制,沒有例外。殷人向后世人一樣,用一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、千、萬13個單字記10萬以內(nèi)的任何自然數(shù)。例如記2656作“二千六百五十六”,只是記數(shù)文字的形體和后世的文字有所不同。也用合文,但字形同甲骨文不一樣。

  用算籌來記數(shù)和作四則運算,很可能在西周時期(公元前11世紀到公元前8世紀)已經(jīng)開始了。由于社會生產(chǎn)力的不斷提高,勞動人民創(chuàng)造了便于計算的工具。算籌是為了進行繁雜的數(shù)字計算工作而創(chuàng)造出來的,它不可能是原始公社時期里(例如傳說中的黃帝時代)的產(chǎn)物。

  算籌一般是由竹制成的簽子。秦以前算籌的粗細、長短因史科缺乏,現(xiàn)在無法考證。公元1世紀時,漢代的算籌長合13.8厘米,徑合0.69厘米;公元7世紀時,隋代的算籌長約合8.85厘米,廣約合0.59厘米。可見計算用的算籌漸漸改得短小,運用起來比較方便。

  古代算籌的功用大致和后世的算盤珠相仿。5以下的數(shù)目,用幾根籌表示幾;6、7、8、9四個數(shù)目,用一根籌放在上面表示五,余下來的數(shù),每一根籌表示一。表示數(shù)目的算籌有縱橫兩種方式,表示一個多位數(shù)就象現(xiàn)在用數(shù)碼記數(shù)一樣,把各位的數(shù)目從左到右橫列,但各位數(shù)目的等式須要縱橫相間。個位數(shù)用縱式表示,十位數(shù)用橫式表示,百位、萬位用縱式,千位、十萬位用橫式。算籌記數(shù)的縱橫相間制傳到宋元時期沒有改變。

  算籌記數(shù)確實能夠?qū)嵭形恢抵朴洈?shù)法,為加、減、乘、除等的運算建立起良好的條件。優(yōu)越的10進位位值制記數(shù)法和當時較為先進的籌算制,使中國數(shù)學(xué)在計算方面取得了一系列輝煌的成就:公元前3世紀~公元3世紀(秦漢時)的分數(shù)四則運算,比例算法,開平方與開立方,盈不足術(shù),“方程”解法,正負數(shù)運算法則;5世紀的孫子剩余定理,祖沖之圓周率的測算;7世紀的3次方程數(shù)值解法,7~8世紀的內(nèi)插法;11~14世紀的高次方程數(shù)值解法,賈憲三角,高次方程組的解法,大衍求一術(shù),高階等差級數(shù)求和;13世紀以后的珠算,等等。

  中國古代數(shù)學(xué)稱為“算術(shù)”,其原始意義是運用算籌的技術(shù)。這個名稱恰當?shù)馗爬酥袊鴶?shù)學(xué)的傳統(tǒng)。籌算不只限于簡單的數(shù)值計算,后來方程所列籌式描述了比例問題和線性問題;天元、四元所列籌式刻畫了高次方程問題。等式本身就具有代數(shù)符號的性質(zhì)。

  對于中國數(shù)學(xué)中的程序化計算,最近越來越多地引起了國內(nèi)外有關(guān)專學(xué)的興趣和注意。有人形象地把算籌比喻為計算機的硬件,而表示算法的“術(shù)文”則是軟件。可見中國數(shù)學(xué)傳統(tǒng)活力源遠流長。

  下面再和幾個文明古國作一對比,以開闊眼界。

  古代埃及人雖然己采用了10進位制的數(shù)學(xué)符號,可是他們?nèi)狈ξ恢抵频母拍睿恢乐貜?fù)用最初的九個數(shù)字加上位值成分來構(gòu)成更高的位數(shù)。他們對所有的數(shù)字,都是按順序重復(fù)寫出每位數(shù)的基本符號(即用累積法);古巴比倫人主要采用60進位制;古希臘人用24個希臘字母加上3個外來字母來記數(shù),十分落后;古羅馬人采用10進位制和5進位制相結(jié)合的符號系統(tǒng),計算起來繁瑣而困難;古印度人在3世紀以前使用的記數(shù)法與希臘式和羅馬式相類似,都不是位值創(chuàng)。直到6世紀末,印度才真正開始使用10進位位值記數(shù)法,7世紀開始傳入阿拉伯國家。

  零號“0”最早出現(xiàn)于683年中、印文化區(qū)交界處的記有年代的碑文中。中國古代原習(xí)慣用“口”形表示脫落文字,記數(shù)時就用“口”表示空位,后來為了書寫方便把“口”形改為“0”形,這是很自然的發(fā)展趨勢。在數(shù)學(xué)上,從無開始記數(shù),“0”這個符號使整個世界為之改觀。

  8世紀,阿拉伯人入侵西班牙,開始把印度—阿拉伯數(shù)碼傳到歐洲。現(xiàn)在使用的最完美的印度—阿拉伯記數(shù)法,是印度人首先創(chuàng)造的,但是它明顯地有著中國古代的影響。

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