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古代數(shù)學家賈憲的《五經(jīng)算術(shù)》有何獨特之處

佚名 2025-03-26 10:03:55

古代數(shù)學家賈憲的《五經(jīng)算術(shù)》有何獨特之處

數(shù)學作為一門探索宇宙秩序與內(nèi)在規(guī)律的學科,始終以其獨特的魅力吸引著無數(shù)智者的目光

?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">!段褰?jīng)算術(shù)》或許并非人人耳熟能詳
,但在古代數(shù)學史上
,它無疑是一顆璀璨的明珠
。賈憲這位宋代末期至元代初期的杰出數(shù)學家
,以其深厚的數(shù)學功底和卓越的創(chuàng)新能力
,為后世留下了這部寶貴的數(shù)學著作
。而《五經(jīng)算術(shù)》之所以得名,并非因為它直接解釋儒家五經(jīng)
,而是因其內(nèi)容廣泛涉及古代數(shù)學領域的多個方面
,尤其是分數(shù)運算法則的闡述,更是令人嘆為觀止

在古代

,分數(shù)作為表示部分與整體關系的數(shù)學工具,其運算法則的發(fā)展經(jīng)歷了從直觀操作到抽象理論的演變過程
。在《五經(jīng)算術(shù)》中
,賈憲以獨特的視角和精妙的筆觸,對分數(shù)加
、減
、乘、除等基本運算法則進行了深入淺出的闡述
。這些法則不僅體現(xiàn)了古代數(shù)學家對分數(shù)本質(zhì)的深刻理解
,更為后世分數(shù)運算理論的形成奠定了堅實基礎。

在《五經(jīng)算術(shù)》中

,關于分數(shù)加減法的論述尤為精彩
。賈憲明確指出,當兩個分數(shù)的分母相同時
,只需將它們的分子進行加減運算
,分母保持不變。這一簡單而直觀的法則
,不僅便于實際操作
,更揭示了分數(shù)加減運算的本質(zhì)——即保持部分與整體關系的相對穩(wěn)定性。而當面對異分母分數(shù)時
,賈憲則提出了通分的策略
,即先將兩個分數(shù)轉(zhuǎn)化為同分母分數(shù),再進行加減運算
。這一方法不僅解決了異分母分數(shù)加減的難題
,更展示了古代數(shù)學家在處理復雜問題時所展現(xiàn)出的靈活性與創(chuàng)造性。

相較于加減法

,分數(shù)乘除法則的闡述在《五經(jīng)算術(shù)》中顯得更為復雜而深刻
。賈憲通過一系列生動的例子和詳細的推導過程,展示了分數(shù)乘法與除法的運算規(guī)律
。在乘法運算中
,他將兩個分數(shù)的分子相乘作為結(jié)果的分子,分母相乘作為結(jié)果的分母
,這一法則簡潔明了地揭示了分數(shù)乘法的本質(zhì)——即部分與部分相乘得到新的部分與整體的關系
。而在除法運算中,賈憲則巧妙地運用了倒數(shù)的概念
,將被除數(shù)的分子與除數(shù)的分母相乘作為結(jié)果的分子
,被除數(shù)的分母與除數(shù)的分子相乘作為結(jié)果的分母。這一法則不僅解決了分數(shù)除法的難題
,更將分數(shù)運算推向了一個新的高度

在《五經(jīng)算術(shù)》中,賈憲還對分數(shù)的約分與通分技巧進行了深入探討

。他提出的約分術(shù)通過觀察分子
、分母的最大公約數(shù)來簡化分數(shù)而不改變其值,這一方法不僅提高了分數(shù)運算的效率
,更展示了古代數(shù)學家在尋找數(shù)學規(guī)律方面的敏銳洞察力
。通分技巧則作為處理異分母分數(shù)運算的關鍵步驟,在賈憲的筆下被賦予了新的生命力
。他通過一系列機械化的程序?qū)惙帜阜謹?shù)轉(zhuǎn)化為同分母分數(shù)
,使得復雜的分數(shù)運算變得井然有序。

《五經(jīng)算術(shù)》中的分數(shù)運算法則不僅在當時具有重要的應用價值

,更為后世數(shù)學理論的發(fā)展提供了重要的思想源泉
。在今天這個科技日新月異的時代,《五經(jīng)算術(shù)》中的分數(shù)運算法則依然閃耀著智慧的光芒
,它們不僅是我們理解古代數(shù)學的重要途徑
,更是我們探索未來數(shù)學世界的寶貴鑰匙

通過這篇文章的探索之旅,我們深刻感受到古代數(shù)學所蘊含的無窮魅力與智慧之光

。賈憲的《五經(jīng)算術(shù)》不僅是一部數(shù)學著作的經(jīng)典之作更是人類文明史上的一座豐碑
。它啟示我們:無論時代如何變遷,數(shù)學作為一門探索真理的學科
,其永恒的價值與魅力將永遠照亮人類前行的道路

中國古代數(shù)學有哪些成就

最牛的當然是《九章算術(shù)》了
劉 徽
劉徽(生于公元250年左右)

,南北朝時期數(shù)學史上一個非常偉大的數(shù)學家,在世界數(shù)學史上
,也占有杰出的地位.他的杰作《九章算術(shù)注》和《海島算經(jīng)》
,是我國最寶貴的數(shù)學遺產(chǎn).

賈 憲
賈憲,中國古代北宋時期杰出的數(shù)學家
。曾撰寫的《黃帝九章算法細草》(九卷)和《算法斆古集》(二卷)(斆xiào
,意:數(shù)導)均已失傳。

他的主要貢獻是創(chuàng)造了"賈憲三角"和增乘開方法
,增乘開方法即求高次冪的正根法
。目前中學數(shù)學中的混合除法,其原理和程序均與此相仿
,增乘開方法比傳統(tǒng)的方法整齊簡捷
、又更程序化,所以在開高次方時
,尤其顯出它的優(yōu)越性
,這個方法的提出要比歐洲數(shù)學家霍納的結(jié)論早七百多年。

秦九韶
秦九韶(約1202--1261)
,字道古
,四川安岳人。先后在湖北
,安徽
,江蘇,浙江等地做官
,1261年左右被貶至梅州
,(今廣東梅縣),不久死于任所
。他與李冶
,楊輝,朱世杰并稱宋元數(shù)學四大家。早年在杭州“訪習于太史
,又嘗從隱君子受數(shù)學”
,1247年寫成著名的《數(shù)書九章》?div id="d48novz" class="flower left">
!稊?shù)書九章》全書凡18卷
,81題,分為九大類
。其最重要的數(shù)學成就----“大衍總數(shù)術(shù)”(一次同余組解法)與“正負開方術(shù)"(高次方程數(shù)值解法),使這部宋代算經(jīng)在中世紀世界數(shù)學史上占有突出的地位


李冶
李冶(1192----1279)
,原名李治,號敬齋
,金代真定欒城人
,曾任鈞州(今河南禹縣)知事,1232年鈞州被蒙古軍所破
,遂隱居治學
,被元世祖忽必烈聘為翰林學士,僅一年
,便辭官回鄉(xiāng)
。1248年撰成《測圓海鏡》,其主要目的是說明用天元術(shù)列方程的方法
?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">!疤煸g(shù)”與現(xiàn)代代數(shù)中的列方程法相類似,“立天元一為某某”
,相當于“設x為某某“
,可以說是符號代數(shù)的嘗試。李冶還有另一步數(shù)學著作《益古演段》(1259)也是講解天元術(shù)的


朱世杰
朱世杰(1300前后)
,字漢卿,號松庭
,寓居燕山(今北京附近)
,“以數(shù)學名家周游湖海二十余年”,“踵門而學者云集”(莫若
、祖頤:《四元玉鑒》后序)
。朱世杰數(shù)學代表作有《算學啟蒙》(1299)和《四元玉鑒》(1303)?div id="jfovm50" class="index-wrap">!端阈g(shù)啟蒙》是一部通俗數(shù)學名著
,曾流傳海外,影響了朝鮮、日本數(shù)學的發(fā)展
?div id="jfovm50" class="index-wrap">!端脑耔b》則是中國宋元數(shù)學高峰的又一個標志,其中最杰出的數(shù)學創(chuàng)造有“四元術(shù)”(多元高次方程列式與消元解法)
、“垛積術(shù)”(高階等差數(shù)列求和)與“招差術(shù)”(高次內(nèi)插法).

祖沖之
祖沖之(公元429~500年)祖籍是現(xiàn)今河北省淶源縣
,他是南北朝時代的一位杰出科學家。他不僅是一位數(shù)學家
,同時還通曉天文歷法
、機械制造、音樂等領域
,并且是一位天文學家


祖沖之在數(shù)學方面的主要成就是關于圓周率的計算,他算出的圓周率為3.1415926<π<3.1415927
,這一結(jié)果的重要意義在于指出誤差的范圍
,是當時世界最杰出的成就。祖沖之確定了兩個形式的π值
,約率355/173(≈3.1415926)密率22/7(≈3.14)
,這兩個數(shù)都是π的漸近分數(shù)。

祖 暅
祖暅
,祖沖之之子
,同其父祖沖之一起圓滿解決了球面積的計算問題,得到正確的體積公式?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">,F(xiàn)行教材中著名的“祖暅原理”
,在公元五世紀可謂祖暅對世界杰出的貢獻。

楊輝
楊輝
,中國南宋時期杰出的數(shù)學家和數(shù)學教育家
。在13世紀中葉活動于蘇杭一帶,其著作甚多

他著名的數(shù)學書共五種二十一卷
。著有《詳解九章算法》十二卷(1261年)、《日用算法》二卷(1262年)
、《乘除通變本末》三卷(1274年)
、《田畝比類乘除算法》二卷(1275年)、《續(xù)古摘奇算法》二卷(1275年)

他在《續(xù)古摘奇算法》中介紹了各種形式的"縱橫圖"及有關的構(gòu)造方法
,同時"垛積術(shù)"是楊輝繼沈括"隙積術(shù)"后,關于高階等差級數(shù)的研究
。楊輝在"纂類"中
,將《九章算術(shù)》246個題目按解題方法由淺入深的順序
,重新分為乘除、分率
、合率
、互換、二衰分
、疊積
、盈不足、方程
、勾股等九類


趙 爽
趙爽,三國時期東吳的數(shù)學家
。曾注《周髀算經(jīng)》
,他所作的《周髀算經(jīng)注》中有一篇《勾股圓方圖注》全文五百余字,并附有云幅插圖(已失傳)
,這篇注文簡練地總結(jié)了東漢時期勾股算術(shù)的重要成果,最早給出并證明了有關勾股弦三邊及其和
、差關系的二十多個命題
,他的證明主要是依據(jù)幾何圖形面積的換算關系。

趙爽還在《勾股圓方圖注》中推導出二次方程 (其中a>0,A>0)的求根公式 在《日高圖注》中利用幾何圖形面積關系
,給出了"重差術(shù)"的證明
。(漢代天文學家測量太陽高、遠的方法稱為重差術(shù))

中國古代的高等數(shù)學成就

  《九章算術(shù)》在中國古代數(shù)學發(fā)展過程中占有非常重要的地位

。它經(jīng)過許多人整理而成,大約成書于東漢時期
。全書共收集了246個數(shù)學問題并且提供其解法
,主要內(nèi)容包括分數(shù)四則和比例算法、各種面積和體積的計算
、關于勾股測量的計算等
。在代數(shù)方面,《九章算術(shù)》在世界數(shù)學史上最早提出負數(shù)概念及正負數(shù)加減法法則
;現(xiàn)在中學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
。注重實際應用是《九章算術(shù)》的一個顯著特點。該書的一些知識還傳播至印度和阿拉伯
,甚至經(jīng)過這些地區(qū)遠至歐洲


  《九章算術(shù)》標志以籌算為基礎的中國古代數(shù)學體系的正式形成。

  中國古代數(shù)學在三國及兩晉時期側(cè)重于理論研究
,其中以趙爽與劉徽為主要代表人物


  趙爽是三國時期吳人
,在中國歷史上他是最早對數(shù)學定理和公式進行證明的數(shù)學家之一,其學術(shù)成就體現(xiàn)于對《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,其實這已經(jīng)體現(xiàn)“割補原理”的方法
。用幾何方法求解二次方程也是趙爽對中國古代數(shù)學的一大貢獻
。三國時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《九章算術(shù)》的方法
、公式和定理進行一般的解釋和推導
,而且系統(tǒng)地闡述了中國傳統(tǒng)數(shù)學的理論體系與數(shù)學原理,并且多有創(chuàng)造
。其發(fā)明的“割圓術(shù)”(圓內(nèi)接正多邊形面積無限逼近圓面積)
,為圓周率的計算奠定了基礎,同時劉徽還算出圓周率的近似值——“3927/1250(3.1416)”
。他設計的“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
。在研究多面體體積過程中,劉徽運用極限方法證明了“陽馬術(shù)”
。另外
,《海島算經(jīng)》也是劉徽編撰的一部數(shù)學論著。

  南北朝是中國古代數(shù)學的蓬勃發(fā)展時期
,計有《孫子算經(jīng)》
、《夏侯陽算經(jīng)》、《張丘建算經(jīng)》等算學著作問世


  祖沖之
、祖暅父子的工作在這一時期最具代表性。他們著重進行數(shù)學思維和數(shù)學推理
,在前人劉徽《九章算術(shù)注》的基礎上前進了一步
。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)點后第六位
,得到3.1415926<π<3.1415927
,并求得π的約率為22/7,密率為355/113
,其中密率是分子分母在1000以內(nèi)的最佳值
;歐洲直到16世紀德國人鄂圖(Otto)和荷蘭人安托尼茲(Anthonisz)才得出同樣結(jié)果。②祖暅在劉徽工作的基礎上推導出球體體積公式
,并提出二立體等高處截面積相等則二體體積相等(“冪勢既同則積不容異”)定理
;歐洲17世紀意大利數(shù)學家卡瓦列利(Cavalieri)才提出同一定理……祖氏父子同時在天文學上也有一定貢獻。

  隋唐時期的主要成就在于建立中國數(shù)學教育制度
,這大概主要與國子監(jiān)設立算學館及科舉制度有關
。在當時的算學館《算經(jīng)十書》成為專用教材對學生講授
。《算經(jīng)十書》收集了《周髀算經(jīng)》
、《九章算術(shù)》
、《海島算經(jīng)》等10部數(shù)學著作。所以當時的數(shù)學教育制度對繼承古代數(shù)學經(jīng)典是有積極意義的


  公元600年
,隋代劉焯在制訂《皇極歷》時,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世紀到14世紀的宋、元時期
,是以籌算為主要內(nèi)容的中國古代數(shù)學的鼎盛時期
,其表現(xiàn)是這一時期涌現(xiàn)許多杰出的數(shù)學家和數(shù)學著作。中國古代數(shù)學以宋
、元數(shù)學為最高境界
。在世界范圍內(nèi)宋、元數(shù)學也幾乎是與阿拉伯數(shù)學一道居于領先集團的


  賈憲在《黃帝九章算法細草》中提出開任意高次冪的“增乘開方法”
,同樣的方法至1819年才由英國人霍納發(fā)現(xiàn);賈憲的二項式定理系數(shù)表與17世紀歐洲出現(xiàn)的“巴斯加三角”是類似的
。遺憾的是賈憲的《黃帝九章算法細草》書稿已佚。

  秦九韶是南宋時期杰出的數(shù)學家
。1247年
,他在《數(shù)書九章》中將“增乘開方法”加以推廣,論述了高次方程的數(shù)值解法
,并且例舉20多個取材于實踐的高次方程的解法(最高為十次方程)
。16世紀意大利人菲爾洛才提出三次方程的解法。另外
,秦九韶還對一次同余式理論進行過研究


  李冶于1248年發(fā)表《測圓海鏡》,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
,李冶公開批判輕視科學實踐活動
,將數(shù)學貶為“賤技”、“玩物”等長期存在的士風謬論


  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算法
。公元1280年
,元代王恂、郭守敬等制訂《授時歷》時
,列出了三次差的內(nèi)插公式
。郭守敬還運用幾何方法求出相當于現(xiàn)在球面三角的兩個公式。

  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年法國人別朱(Bezout)才提出同樣的解法
。朱世杰還對各有限項級數(shù)求和問題進行了研究
,在此基礎上得出了高次差的內(nèi)插公式,歐洲到公元1670年英國人格里高利(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
,在國家科舉考試中大幅度消減數(shù)學內(nèi)容
,于是自此中國古代數(shù)學便開始呈現(xiàn)全面衰退之勢。

  明代珠算開始普及于中國
。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
。但是有人認為,珠算的普及是抑制建立在籌算基礎之上的中國古代數(shù)學進一步發(fā)展的主要原因之一


  由于演算天文歷法的需要
,自16世紀末開始,來華的西方傳教士便將西方一些數(shù)學知識傳入中國
。數(shù)學家徐光啟向意大利傳教士利馬竇學習西方數(shù)學知識
,而且他們還合譯了《幾何原本》的前6卷(1607年完成)。徐光啟應用西方的邏輯推理方法論證了中國的勾股測望術(shù)
,因此而撰寫了《測量異同》和《勾股義》兩篇著作
。鄧玉函編譯的《大測》[2卷]、《割圓八線表》[6卷]和羅雅谷的《測量全義》[10卷]是介紹西方三角學的著作

唐代時期我國數(shù)學有哪些發(fā)展?

祖沖之寫的《綴術(shù)》一書

,被收入著名的《算經(jīng)十書》中
,作為唐代國子監(jiān)算學課本。

祖沖之將圓周率的真值精確到3.1415926

,是當時世界上昀先進的成就
。他還和兒子祖暅一起
,利用“牟合方蓋”圓滿地解決了球體積的計算問題,得到了正確的球體積公式

祖沖之還在462年編訂《大明歷》

,使用歲差,改革閏制
。他反對讖緯迷信
,不虛推古人,用數(shù)學方法比較準確地推算出相關的數(shù)值
,堅持了實事求是的科學精神
。古典數(shù)學發(fā)展的高峰

唐代是我國封建社會鼎盛時期。朝廷在國子監(jiān)設算學館

,置算學博士
、助教指導學生學習。為宋元時期數(shù)學發(fā)展高潮拉開了序幕

南宋時期翻刻的數(shù)學著作

,是目前世界上傳世昀早的印刷本數(shù)學著作。賈憲
、李冶
、楊輝、朱世杰等人的著作
,對傳播普及數(shù)學知識
,意義尤為深遠。

唐代有個天文學家

,名叫李淳風
,有一次,他在校對新歲歷書時
,發(fā)現(xiàn)朔日將出現(xiàn)日蝕,這是不吉祥的預兆

唐太宗聽說這個消息很不高興

,說:“日蝕如不出現(xiàn),那時看你如何處置自己
?”

李淳風說:“如果沒有日蝕

,我甘愿受死?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">!?/p>

到了朔日

,也就是初一那天,皇帝便來到庭院等候看結(jié)果
,并對李淳風說:“我暫且放你回家一趟
,好與老婆孩子告別
。”李淳風說:“現(xiàn)在還不到時候
?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">!闭f著他便在墻上劃了一條標

記:等到日光照到這里的時侯,日蝕就會出現(xiàn)

。日蝕果然出現(xiàn)了
,跟李淳風說的時間絲毫不差。李淳風不僅對天文頗有研究
,他還是個大名鼎鼎的數(shù)學家
。唐代國子監(jiān)算學館以算取士。656年
,李淳風等奉敕為《周髀算經(jīng)》
、《九章算術(shù)》、《海島算經(jīng)》
、《孫子算經(jīng)》
、《夏侯陽算經(jīng)》、《綴術(shù)》
、《張丘建算經(jīng)》
、《五曹算經(jīng)》、《五經(jīng)算術(shù)》
、《緝古算經(jīng)》這10部算經(jīng)作注
,作為算學館教材。

這就是著名的《算經(jīng)十書》

,該書是我國古代數(shù)學奠基時期的總結(jié)

唐代中期之后,生產(chǎn)關系和社會各方面逐漸產(chǎn)生新的實質(zhì)性變革

。至宋太祖趙匡胤建立宋王朝后
,我國封建社會進入了又一個新的階段,農(nóng)業(yè)
、手工業(yè)
、商業(yè)和科學技術(shù)得到更大發(fā)展。

中國古代數(shù)學專著有哪些

中國古代數(shù)學專著有:

1

、《九章算術(shù)》

《九章算術(shù)》其作者已不可考

。一般認為它是經(jīng)歷代各家的增補修訂,而逐漸成為現(xiàn)今定本的
,西漢的張蒼
、耿壽昌曾經(jīng)做過增補和整理,其時大體已成定本。最后成書最遲在東漢前期
,現(xiàn)今流傳的大多是在三國時期魏元帝景元四年(263年)
,劉徽為《九章》所作的注本。

《九章算術(shù)》在數(shù)學上還有其獨到的成就

,不僅最早提到分數(shù)問題
,也首先記錄了盈不足等問題,《方程》章還在世界數(shù)學史上首次闡述了負數(shù)及其加減運算法則
。它是一本綜合性的歷史著作
,是當時世界上最簡練有效的應用數(shù)學,它的出現(xiàn)標志中國古代數(shù)學形成了完整的體系

2

、《周髀算經(jīng)》

《周髀算經(jīng)》原名《周髀》,是算經(jīng)的十書之一

。中國最古老的天文學和數(shù)學著作
,約成書于公元前1世紀,主要闡明當時的蓋天說和四分歷法
。唐初規(guī)定它為國子監(jiān)明算科的教材之一
,故改名《周髀算經(jīng)》。

《周髀算經(jīng)》在數(shù)學上的主要成就是介紹了勾股定理

。(據(jù)說原書沒有對勾股定理進行證明
,其證明是三國時東吳人趙爽在《周髀注》一書的《勾股圓方圖注》中給出的)及其在測量上的應用以及怎樣引用到天文計算。)

3

、《海島算經(jīng)》

《海島算經(jīng)》是中國學者編撰的最早一部測量數(shù)學著作

,亦為地圖學提供了數(shù)學基礎。由劉徽于三國魏景元四年(公元263年)所撰
,本為《九章算術(shù)注》之第十卷
,題為《重差》。

唐初開始單行

,體例亦是以應用問題集的形式
。研究的對象全是有關高與距離的測量,所使用的工具也都是利用垂直關系所連接起來的測竿與橫棒
。有人說是實用三角法的啟蒙
,不過其內(nèi)容并未涉及三角學中的正余弦概念。所有問題都是利用兩次或多次測望所得的數(shù)據(jù)
,來推算可望而不可及的目標的高、深
、廣
、遠。

4

、《張丘建算經(jīng)》

《張丘建算經(jīng)》

,中國古代數(shù)學著作
。(約公元5世紀)現(xiàn)傳本有92問,比較突出的成就有最大公約數(shù)與最小公倍數(shù)的計算
,各種等差數(shù)列問題的解決
、某些不定方程問題求解等。

自張邱建以後

,中國數(shù)學家對百雞問題的研究不斷深入
,百雞問題也幾乎成了不定方程的代名詞,從宋代到清代圍繞百雞問題的數(shù)學研究取得了很好的成就

5

、《緝古算經(jīng)》

《緝古算經(jīng)》 ,中國古代數(shù)學著作之一

,王孝通撰
。他是唐代初期數(shù)學家。根據(jù)《舊唐書》
、《新唐書》以及《唐會要》的記載
,王孝通出身于平民,唐高祖武德年間(公元623年前后)擔任算學博士
,奉命與吏部郎中祖孝孫?div id="d48novz" class="flower left">
?备等殊x制訂的《戊寅歷》,提出異議30余條
,被提升為太史丞

王孝通把畢生的精力都用在數(shù)學的研究方面。稱得上是這一時期最偉大的數(shù)學家

。他的最大貢獻是在總結(jié)前人研究的基礎上
,寫作了《緝古算術(shù)》。

求算術(shù)起源至今的發(fā)展史 先中國再外國 一一列舉

我國數(shù)學在世界數(shù)學發(fā)展史上

,有它卓越的貢獻
。早在遠古時代,人們就用繩結(jié)表示事物的多少
,在彩陶中繪有大量的直線
、三角、圓
、方
、菱形、五邊形
、六邊形等對稱圖案
,在房屋遺址的基地上,亦發(fā)現(xiàn)幾何圖形,表明遠古的人們在一定程度上已經(jīng)具有數(shù)和形的概念


在新石器時期的彩陶缽上
,有多種刻畫符號,其中丨
、、×
、+等
,很可能是我國最早的記數(shù)符號。產(chǎn)生文字之后
,在殷商的甲骨文中出現(xiàn)了記數(shù)的專用文字和十進制記數(shù)法
,并且運用規(guī)和矩作為簡單的繪圖和測量工具?div id="d48novz" class="flower left">
!肚皾h書·律歷志》記載了用竹棍表示數(shù)和計算的方法
,稱為算籌和籌算。在春秋早期乘法口訣被稱為“九九”歌
,已經(jīng)成為很普通的知識


春秋戰(zhàn)國時期,學術(shù)繁榮
,產(chǎn)生了相當精彩和可貴的數(shù)學思想
;公元前6世紀,已經(jīng)有了關于簡單體積和比例分配問題的算法
,在《考工記》中記載了分數(shù)和角度的資料
;到秦始皇時,統(tǒng)一了度量衡
,并且基本上采用了十進制的度量單位
,在《墨經(jīng)》中提出了幾何名詞的定義和幾何命題等?div id="d48novz" class="flower left">
!抖胖宜阈g(shù)》和《許商算術(shù)》是最早的數(shù)學專著
,但這兩部書都失傳了。至今仍保留的古代數(shù)學專著是《算數(shù)書》
,全書共有60多個小標題
、90多個題目,書中內(nèi)容涉及了整數(shù)和分數(shù)的四則運算
、比例問題
、面積和體積問題等、并且含有“合分”
、“少廣”等數(shù)學思想


大約公元前1世紀完成了《周髀算經(jīng)》(書中大部分內(nèi)容于公元前7到6世紀完成)
,書中記述了矩的用途、勾股定理及其在測量上的應用
,相似直角三角形對應邊成比例的定理、開平方問題
、等差級數(shù)問題
,應用古“四分歷”計算相當復雜的分數(shù)運算等,此書為重要的寶貴文獻


古代數(shù)學的著名著作是《九章算術(shù)》
,大約成書于公元1世紀東漢初年,全書列舉了246個數(shù)學問題及解決問題的方法
。共有九章:第一章“方田”介紹土地面積的計算
、含有正方形、矩形
、三角形
、梯形、圓
、環(huán)等面積公式
,弓形面積和球形表面積的近似公式,還有分數(shù)四則運算法則
、約分
、通分、求最大公約數(shù)等方法
;第二章“粟米”介紹了各種糧食折算的比例問題
,及解比例的方法,稱為“今有術(shù)”
;第三章“衰(Cuǐ)分”介紹了按等級分配物資或按一定標準攤派稅收的比例分配問題
、等差數(shù)列和等比數(shù)列問題等;第四章“少廣”介紹了已知正方形面積或正方體體積
,求邊長或棱長的開平方或開立方的方法
,已知球的體積求直徑的問題等;第五章“商功”介紹了立體體積計算
,包括長方體
、棱柱、棱錐
、棱臺
、圓柱、圓錐
、圓臺
、楔形體等體積的計算公式
;第六章“均輸”介紹了計算按人口多少、物價高低
、路程遠近等條件
,合理攤派稅收、民工的正比
、反比
、復比例、等差級數(shù)等問題
;第七章“盈不足”介紹了盈虧類問題的算法
;第八章“方程”介紹了一次聯(lián)立方程問題,引入了負數(shù)的概念
,及正負數(shù)的加減法則
;第九章“勾股”介紹了勾股定理的應用和簡單的測量問題,其后
,歷史上著名數(shù)學家劉徽
、祖沖之、李淳風
、賈憲等
,都曾經(jīng)深入研究和注釋過《九章算術(shù)》并且提出許多新的概念和新的方法。在諸如勾股定理的證明
、重差術(shù)
、割圓術(shù)、圓周率近似值
、球的體積公式
、二次和三次方程的解法。同余式和不定方程的解法等方面做出了重要的新貢獻


我國古代數(shù)學專著有《勾股圓方圖注》
、《九章算術(shù)注》、《孫子算經(jīng)》
、《五經(jīng)算術(shù)》
、《綴術(shù)》等。特別應該指出的是
,劉徽在《九章算術(shù)注》中對《九章算術(shù)》的大部分數(shù)學方法作了嚴密的論證
,對于一些數(shù)學概念提出了明確的解釋,為中國數(shù)學發(fā)展奠定了堅實的理論基礎
。祖沖之在《綴術(shù)》中得出了比劉徽所提出的值更精密的圓周率
,成為舉世公認的重大成就。賈憲在《黃帝九章算法細草》中提出的“開方作法本源”圖和增乘開方法
,以及《孫子算經(jīng)》中的“孫子問題”
,《張邱建算經(jīng)》中的“百雞問題”
、珠算盤和珠算術(shù)等等,均在世界數(shù)學發(fā)展史上有深遠影響
。 大約在3000年以前中國已經(jīng)知道自然數(shù)的四則運算
,這些運算只是一些結(jié)果,被保存在古代的文字和典籍中
。乘除的運算規(guī)則在后來的“孫子算經(jīng)”(公元三世紀)內(nèi)有了詳細的記載
。中國古代是用籌來計數(shù)的,在我們古代人民的計數(shù)中
,己利用了和我們現(xiàn)在相同的位率,用籌記數(shù)的方法是以縱的籌表示單位數(shù)
、百位數(shù)
、萬位數(shù)等;用橫的籌表示十位數(shù)
、千位數(shù)等
,在運算過程中也很明顯的表現(xiàn)出來?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">!皩O子算經(jīng)”用十六字來表明它
,“一從十橫,百立千僵
,千十相望
,萬百相當?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">!?
和其他古代國家一樣
,乘法表的產(chǎn)生在中國也很早。乘法表中國古代叫九九
,估計在2500年以前中國已有這個表
,在那個時候人們便以九九來代表數(shù)學。現(xiàn)在我們還能看到漢代遺留下來的木簡(公元前一世紀)上面寫有九九的乘法口訣

現(xiàn)有的史料指出
,中國古代數(shù)學書“九章算術(shù)”(約公元一世紀前后)的分數(shù)運算法則是世界上最早的文獻,“九章算術(shù)”的分數(shù)四則運算和現(xiàn)在我們所用的幾乎完全一樣

古代學習算術(shù)也從量的衡量開始認識分數(shù)
,“孫子算經(jīng)”(公元三世紀)和“夏候陽算經(jīng)”(公元六、七世紀)在論分數(shù)之前都開始講度量衡
,“夏侯陽算經(jīng)”卷上在敘述度量衡后又記著:“十乘加一等
,百乘加二等,千乘加三等
,萬乘加四等
;十除退一等
,百除退二等,千除退三等
,萬除退四等
。”這種以十的方冪來表示位率無疑地也是中國最早發(fā)現(xiàn)的

小數(shù)的記法
,元朝(公元十三世紀)是用低一格來表示,如13.56作1356
。在算術(shù)中還應該提出由公元三世紀“孫子算經(jīng)”的物不知數(shù)題發(fā)展到宋朝秦九韶(公元1247年)的大衍求一術(shù)
,這就是中國剩余定理,相同的方法歐洲在十九世紀才進行研究

宋朝楊輝所著的書中(公元1274年)有一個1—300以內(nèi)的因數(shù)表
,例如297用“三因加一損一”來代表,就是說297=3×11×9
,(11=10十1叫加一
,9=10—1叫損一)。楊輝還用“連身加”這名詞來說明201—300以內(nèi)的質(zhì)數(shù)

(二)屬于代數(shù)方面的材料
從“九章算術(shù)”卷八說明方程以后
,在數(shù)值代數(shù)的領域內(nèi)中國一直保持了光輝的成就。
“九章算術(shù)”方程章首先解釋正負術(shù)是確切不移的
,正象我們現(xiàn)在學習初等代數(shù)時從正負數(shù)的四則運算學起一樣
,負數(shù)的出現(xiàn)便豐富了數(shù)的內(nèi)容。
我們古代的方程在公元前一世紀的時候已有多元方程組
、一元二次方程及不定方程幾種
。一元二次方程是借用幾何圖形而得到證明。 不定方程的出現(xiàn)在二千多年前的中國是一個值得重視的課題
,這比我們現(xiàn)在所熟知的希臘丟番圖方程要早三百多年
。具有x3+px2+qx=A和x3+px2=A形式的三次方程,中國在公元七世紀的唐代王孝通“緝古算經(jīng)”已有記載
,用“從開立方除之”而求出數(shù)字解答(可惜原解法失傳了)
,不難想象王孝通得到這種解法時的愉快程度,他說誰能改動他著作內(nèi)的一個字可酬以千金

十一世紀的賈憲已發(fā)明了和霍納(1786—1837)方法相同的數(shù)字方程解法
,我們也不能忘記十三世紀中國數(shù)學家秦九韶在這方面的偉大貢獻。
在世界數(shù)學史上對方程的原始記載有著不同的形式
,但比較起來不得不推中國天元術(shù)的簡潔明了
。四元術(shù)是天元術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物。
級數(shù)是古老的東西
,二千多年前的“周髀算經(jīng)”和“九章算術(shù)”都談到算術(shù)級數(shù)和幾何級數(shù)
。十四世紀初中國元代朱世杰的級數(shù)計算應給予很高的評價
,他的有些工作歐洲在十八、九世紀的著作內(nèi)才有記錄
。十一世紀時代
,中國已有完備的二項式系數(shù)表,并且還有這表的編制方法

歷史文獻揭示出在計算中有名的盈不足術(shù)是由中國傳往歐洲的

內(nèi)插法的計算,中國可上溯到六世紀的劉焯
,并且七世紀末的僧一行有不等間距的內(nèi)插法計算

十四世紀以前,屬于代數(shù)方面許多問題的研究
,中國是先進國家之一

就是到十八,九世紀由李銳(1773—1817)
,汪萊(1768—1813)到李善蘭(1811—1882),他們在這一方面的研究上也都發(fā)表了很多的名著

(三)屬于幾何方面的材料
自明朝后期(十六世紀)歐幾里得“幾何原本”中文譯本一部分出版之前
,中國的幾何早已在獨立發(fā)展著。應該重視古代的許多工藝品以及建筑工程
、水利工程上的成就
,其中蘊藏了豐富的幾何知識。
中國的幾何有悠久的歷史
,可靠的記錄從公元前十五世紀談起
,甲骨文內(nèi)己有規(guī)和矩二個字,規(guī)是用來畫圓的
,矩是用來畫方的

漢代石刻中矩的形狀類似現(xiàn)在的直角三角形,大約在公元前二世紀左右
,中國已記載了有名的勾股定理(勾股二個字的起源比較遲)

圓和方的研究在古代中國幾何發(fā)展中占了重要位置。墨子對圓的定義是:“圓
,一中同長也
。”—個中心到圓周相等的叫圓
,這解釋要比歐幾里得還早一百多年

在圓周率的計算上有劉歆(?一23)
、張衡(78—139)
、劉徽(263)
、王蕃(219—257)、祖沖之(429—500)
、趙友欽(公元十三世紀)等人
,其中劉徽、祖沖之
、趙友欽的方法和所得的結(jié)果舉世聞名

祖沖之所得的結(jié)果π=355/133要比歐洲早一千多年。
在劉徽的“九章算術(shù)”注中曾多次顯露出他對極限概念的天才
。 在平面幾何中用直角三角形或正方形和在立體幾何中用錐體和長方柱體進行移補
,這構(gòu)成中國古代幾何的特點。
中國數(shù)學家善于把代數(shù)上的成就運用到幾何上
,而又用幾何圖形來證明代數(shù)
,數(shù)值代數(shù)和直觀幾何有機的配合起來,在實踐中獲得良好的效果.
正好說明十八
、九世紀中國數(shù)學家對割圓連比例的研究和項名達(1789—1850)用割圓連比例求出橢圓周長
。這都是繼承古代方法加以發(fā)揮而得到的(當然吸收外來數(shù)學的精華也是必要的)。

(四)屬于三角方面的材料
三角學的發(fā)生由于測量
,首先是天文學的發(fā)展而產(chǎn)生了球面三角
,中國古代天文學很發(fā)達,因為要決定恒星的位置很早就有了球面測量的知識
;平面測量術(shù)在“周牌算經(jīng)”內(nèi)已記載若用矩來測量高深遠近


劉徽的割圓術(shù)以半徑為單位長求圓內(nèi)正六邊形,十二二邊形等的每一邊長
,這答數(shù)是和2sinA的值相符(A是圓心角的一半)
,以后公元十二世紀趙友欽用圓內(nèi)正四邊形起算也同此理,我們可以從劉徽
、趙友欽的計算中得出7.5o
、15o、22.5o
、30o
、45o等的正弦函數(shù)值。

在古代歷法中有計算二十四個節(jié)氣的日晷影長
,地面上直立一個八尺長的“表”
,太陽光對這“表”在地面上的射影由于地球公轉(zhuǎn)而每一個節(jié)氣的影長都不同,這些影長和“八尺之表”的比
,構(gòu)成一個余切函數(shù)表(不過當時還沒有這個名稱)


十三世紀的中國天文學家郭守敬(1231—1316)曾發(fā)現(xiàn)了球面三角上的三個公式。 現(xiàn)在我們所用三角函數(shù)名詞:正弦,余弦
,正切
,余切,正割
,余割
,這都是我國十六世紀已有的名稱,那時再加正矢和余矢二個函數(shù)叫做八線


在十七世紀后期中國數(shù)學家梅文鼎(1633—1721)已編了一本平面三角和一本球面三角的書
,平面三角的書名叫“平三角舉要”,包含下列內(nèi)容:(1)三角函數(shù)的定義
;(2)解直角三角形和斜三角形
;(3)三角形求積,三角形內(nèi)容圓和容方
;(4)測量
。這已經(jīng)和現(xiàn)代平面三角的內(nèi)容相差不遠,梅文鼎還著書講到三角上有名的積化和差公式
。十八世紀以后
,中國還出版了不少三角學方面的書籍。

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