浅谈中外数学发展史及数学思想引言:数学发展的历史是悠久的,数学思想更是不断变更和发展,如今,数学思想运用在我们生活各个方面,做事有一个好的方法和思维是提高效率的关键,而数学思想则是培养和训练我们这种做事思维的最好工具,所以了解一些数学是发展和数学思想的知识显得更是日益重要了。
通过这一个学期对数学发展史的学习,我从中学到了很多关于数学的知识,无论是其历史发展还是一些名人故事和数学思想,都让我有了更深的认识。
在最后的结课论文里,总结这学期来的学习,我发现,虽然中外历史发展很不同,但是,在数学方面的许多发展却有相似之处,可见无论一个国家或者地区的历史条件和发展有何不同,人类在数学研究方面还是有很多共通点的。
我对此提出了这么一些看法:简要归纳中外的数学发展史后,我们可以从许多方面对数学与我们思想、生活的关系进行辩证分析,以此来了解中外数学史及数学思想的共通和差异。
摘要:本文通过对古今中外数学史的发展的简单概览比较中外数学史和数学思想的各自特点和区别。
文中会介绍到《九章算术》、《几何原本》等数学著作,以此来看中外数学的联系。
关键词:中外数学史简单概览各自特点区别《九章算术》《几何原本》正文:1.数学概览数学是研究现实世界中数量关系和空间形式的科学。
简单地说,就是研究数和形的科学。
由于生活和劳动上的需求,即使是最原始的民族,也知道简单的计数,并由用手指或实物计数发展到用数字计数。
在中国,最迟在商代,即已出现用十进制数字表示大数的方法;至秦汉之际,即已出现完满的十进位制。
在不晚于公元一世纪的《九章算术》中,已载了只有位值制才有可能进行的开平方、开立方的计算法则,并载有分数的各种运算以及解线性联立方程组的方法,还引入了负数概念。
2.中国数学史发展据《易•系辞》记载:「上古结绳而治,后世圣人易之以书契」。
在殷墟出土的甲骨文卜辞中有很多记数的文字。
从一到十,及百、千、万是专用的记数文字,共有13个独立符号,记数用合文书写,其中有十进制制的记数法,出现最大的数字为三万。
算筹是中国古代的计算工具,而这种计算方法称为筹算。
算筹的产生年代已不可考,但可以肯定的是筹算在春秋时代已很普遍。
筹算直到十五世纪元朝末年才逐渐为珠算所取代,中国古代数学就是在筹算的基础上取得其辉煌成就的。
在几何学方面《史记•夏本记》中说夏禹治水时已使用了规、矩、准、绳等作图和测量工具,并早已发现「勾三股四弦五」这个勾股定理﹝西方称勾股定理﹞的特例。
战国时期,齐国人着的《考工记》汇总了当时手工业技术的规范,包含了一些测量的内容,并涉及到一些几何知识,例如角的概念。
战国时期的百家争鸣也促进了数学的发展,一些学派还总结和概括出与数学有关的许多抽象概念。
著名的有《墨经》中关于某些几何名词的定义和命题,例如:「圆,一中同长也」、「平,同高也」等等。
墨家还给出有穷和无穷的定义。
《庄子》记载了惠施等人的名家学说和桓团、公孙龙等辩者提出的论题,强调抽象的数学思想,例如「至大无外谓之大一,至小无内谓之小一」、「一尺之棰,日取其半,万世不竭」等。
这些许多几何概念的定义、极限思想和其它数学命题是相当可贵的数学思想,但这种重视抽象性和逻辑严密性的新思想未能得到很好的继承和发展。
中国数学体系的形成与奠基从秦汉、魏晋、南北朝,共有400年间的数学发展历史。
秦汉是中国古代数学体系的形成时期,为使不断丰富的数学知识系统化、理论化,数学方面的专书陆续出现。
现传中国历史最早的数学专著是1984年在湖北江陵张家山出土的成书于西汉初的汉简《算数书》,与其同时出土的一本汉简历谱所记乃吕后二年(公元前186年),所以该书的成书年代至晚是公元前186年(应该在此前)。
西汉末年﹝公元前一世纪﹞编纂的《周髀算经》,其包含许多数学内容,在数学方面主要有两项成就:(1)提出勾股定理的特例及普遍形式;(2)测太阳高、远的陈子测日法,为后来重差术(勾股测量法)的先驱。
《九章算术》是一部经几代人整理、删补和修订而成的古代数学经典著作,约成书于东汉初年﹝公元前一世纪﹞。
全书采用问题集的形式编写,共收集了246个问题及其解法,分属于方田、粟米、衰分、少广、商功、均输、盈不足、方程和勾股九章。
主要内容包括分数四则和比例算法、各种面积和体积的计算、关于勾股测量的计算等。
在代数方面,《方程》章中所引入的负数概念及正负数加减法法则,在世界数学史上都是最早的记载;书中关于线性方程组的解法和现在中学讲授的方法基本相同。
就《九章算术》的特点来说,它注重应用,注重理论联系实际,形成了以筹算为中心的数学体系,对中国古算影响深远。
它的一些成就如十进制值制、今有术、盈不足术等还传到印度和阿拉伯,并通过这些国家传到欧洲,促进了世界数学的发展。
魏晋时期中国数学在理论上有了较大的发展。
其中赵爽(生卒年代不详)和刘徽(生卒年代不详)的工作被认为是中国古代数学理论体系的开端。
三国吴人赵爽是中国古代对数学定理和公式进行证明的最早的数学家之一,对《周髀算经》做了详尽的注释,在《勾股圆方图注》中用几何方法严格证明了勾股定理,他的方法已体现了割补原理的思想。
赵爽还提出了用几何方法求解二次方程的新方法。
263年,三国魏人刘徽注释《九章算术》,在《九章算术注》中不仅对原书的方法、公式和定理进行一般的解释和推导,系统地阐述了中国传统数学的理论体系与数学原理,而且在其论述中多有创造,在卷1《方田》中创立割圆术(即用圆内接正多边形面积无限逼近圆面积的办法),为圆周率的研究工作奠定理论基础和提供了科学的算法,他运用“割圆术”得出圆周率的近似值为3927/1250(即3.1416)。
南北朝时期的社会长期处于战争和分裂状态,但数学的发展依然蓬勃。
出现了《孙子算经》、《夏侯阳算经》、《张丘建算经》等算学著作。
约于公元四-五世纪成书的《孙子算经》给出「物不知数」问题并作了解答,导致求解一次同余组问题在中国的滥畅;《张丘建算经》的「百鸡问题」引出三个未知数的不定方程组问题。
公元五世纪,祖冲之、祖暅父子的工作在这一时期最具代表性,他们在《九章算术》刘徽注的基础上,将传统数学大大向前推进了一步,成为重视数学思维和数学推理的典范。
他们同时在天文学上也有突出的贡献。
中国数学的特点(1)以算法为中心。
(2)具有较强的社会性。
(3)寓理于算,理论高度概括。
2.外国数学发展史外国的数学发展史主要由这么四个阶段:一.古埃及数学埃及是世界上文化发达最早的几个地区之一,位于尼罗河两岸,公元前3200年左右,形成一个统一的国家。
尼罗河定期泛滥,淹没全部谷地,水退后,要重新丈量居民的耕地面积。
由于这种需要,多年积累起来的测地知识便逐渐发展成为几何学。
现今对古埃及数学的认识,主要根据两卷用僧侣文写成的纸草书;一卷藏在伦敦,叫做莱因德纸草书,一卷藏在莫斯科。
埃及最古老的文字是象形文字,后来演变成一种较简单的书写体,通常叫僧侣文。
除了这两卷纸草书外,还有一些写在羊皮上或用象形文字刻在石碑上和木头上的史料,藏于世界各地。
两卷纸草书的年代在公元前1850~前1650年之间,相当于中国的夏代。
埃及很早就用十进记数法,但却不知道位值制,每一个较高的单位是用特殊的符号来表示的。
埃及算术主要是加法,而乘法是加法的重复。
他们能解决一些一元一次方程的问题,并有等差、等比数列的初步知识。
占特别重要地位的是分数算法。
这种繁杂的分数算法实际上阻碍了算术的进一步发展。
纸草书还给出圆面积的计算方法:将直径减去它的1/9之后再平方。
计算的结果相当于用3.1605作为圆周率,不过他们并没有圆周率这个概念。
根据莫斯科纸草书,推测他们也许知道正四棱台体积的计算方法。
总之,古代埃及人积累了一定的实践经验,但还没有上升为系统的理论。
二.美索不达米亚数学西亚美索不达米亚地区(即底格里斯河与幼发拉底河流域)是人类早期文明发祥地之一。
一般称公元前19世纪至公元前6世纪间该地区的文化为巴比伦文化,相应的数学属巴比伦数学。
对巴比伦数学的了解,依据于19世纪初考古发掘出的楔形文字泥板,有约300块是纯数学内容的,其中约200块是各种数表,包括乘法表、倒数表、平方和立方表等。
大约在公元前1800~前1600年间,巴比伦人已使用较系统的以60为基数的数系(包括60进制小数)。
由于没有表示零的记号,这种记数法是不完善的。
巴比伦的几何属于实用性质的几何,多采用代数方法求解。
他们有三角形相似及对应边成比例的知识。
三.玛雅数学对于玛雅数学的了解,主要来自一些残剩的玛雅时代石刻。
对这些石刻上象形文字的释读表明:玛雅人很早就创造了位值制的记数系统,具体记数方式又分两种:第一种叫横点记数法;第二种叫头形记数法。
横点记数法以一点表示1,以一横表示5,以一介壳状表示0,但不是0符号。
迄今所知道的玛雅数学知识就是如此,其中只显示加法和进位两种。
四.印度数学印度数学的数学发展可以划分为三个重要时期,首先是雅利安人入侵以前的达罗毗荼人时期,史称河谷文化;随后是吠陀时期;其次是悉檀多时期。
由于河谷文化的象形文字至今不能解读,所以对这一时期印度数学的实际情况了解得很少。
印度数学最早有文字记录的是吠陀时代,其数学材料混杂在婆罗门教和印度教的经典《吠陀》当中。
公元773年,印度数码传入阿拉伯国家,后来欧洲人通过阿拉伯人接受了,成为今天国际通用的所谓阿拉伯数码。
中国唐朝印度裔天文历学家瞿昙悉达于718年翻译的印度历法《九执历》当中也有这些数码,可是未被中国人所接受。
印度数学始终保持东方数学以计算为中心的实用化特色。
与其算术和代数相比,印度人在几何方面的工作显得十分薄弱,最具特色与影响的成就是其不定分析和对希腊三角术的推进。
另外,中国的数学体系在宋元时期达到高峰以后,开始陷于停顿且几至消失。
而在欧洲,经过文艺复兴运动、宗教革命、资产阶级革命等一系列的变革,导致了工业革命与技术革命。
机器的使用,不论中外都由来已久。
但在中国,则由于明初被帝王斥为奇技淫巧而受阻抑。
在欧洲,则由于工商业的发展与航海的刺激而得到发展,机器使人们从繁重的体力劳动中解放出来,并引导到理论力学和一般的运动和变化的科学研究。
当时的数学家都积极参与了这些变革以及相应数学问题的解决,产生了积极的效果。
解析几何与微积分的诞生,成为数学发展的一个转折点。
17世纪以来数学的飞跃,大体上可以看成是这些成果的延续与发展。
并且在17﹑18世紀之前﹐三角學在歐洲已有所發展。
就以三角學的名稱而論﹐是德國數學家畢的斯克斯( B. Pitiscus, 1561-1613 )在1595 年出版的《三角學﹐或解三角形五卷( Trigonometriae Sive, De dimensione Triangulor Libriquinque)》中﹐首先提出來的总结:中国文明与古代埃及、美索不达米亚、印度文明一样,都是古老的农耕文明,但与其他文明截然不同,它其持续发展两千余年之久,在世界文明史上是绝无仅有的。