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数学史AHistoryofMathematics

数学来源于人类的生产实践活动,即来源 于原始人捕获猎物和分配猎物、丈量土地 和测量容积、计算时间和制造器皿等实践, 并随着人类社会生产力的发展而发展。一 般说来,可以从三个时期来大致了解数学 的发展。
一、初等数学时期
数学与人类文明相伴而生,经过漫长时间 的萌芽阶段,在生产的基础上积累了丰富 的有关数和形的感性知识。数学知识在古 巴比伦、埃及、印度和中国产生,并形成 系统的数学知识体系。
The Declaration of Rio sets three aims : - The great challenges of 21st Century - Mathematics, a key for Development - The image of mathematics
伦敦地铁的数学海报
对于阿拉伯文化来说,数学是外来的学问,在伊 斯兰教创立之前,只有极简单的计算方法。七世 纪时,通过波斯传进了印度式计算法。后来开始 翻译欧几里得、阿基米得等人的希腊数学著作。 花拉子模著的《代数学》成为阿拉伯代数学的范 例。在翻译时代(大约850年之前)过去之后,是 众多数学家表现创造才能著书立说的时代(1200 年之前)。梅雅姆、纳速·拉丁、阿尔·卡西等等, 使阿拉伯数学在11世纪达到顶点。
七月:让数学告诉你机遇(maths even the odds)
八月:数学展翅翱翔(maths takes off)
九月:数学解读生命玄机(maths is vital)
十月:数学“密电码”(maths breaks the code)
十一月:数学波澜(maths makes waves)
数:自然数、分数、负数、无理数、复数 几何:欧式几何、非欧几何 代数:初等代数、“四元数”-非交换代数、
抽象代数
在数学的进化过程中,几乎没有发生彻底推 翻前人建筑的情况。但是在其他学科情况就 大不相同,比如:
天文学:从“地心说”到“日心说”
物理学:从“以太说”到“相对论”
化学: 从“燃素说”到“氧化说”
数学史
A History of Mathematics
纪志刚 上海交通大学科学史系
人生几何,大哉言数
数学思想发展的历史巡礼--
引子
人生有几何, 为何学几何? 学了几何几何用? 不学几何又几何!
--20世纪30年代的“打油诗”
First encounter between East and West:1607
第三件大事是微积分学的建立,最重要的工作是 由牛顿和莱布尼兹各自独立完成的。
17世纪的数学,发生了许多深刻的、明显的变革。 在数学的活动范围方面,数学教育扩大了,从事 数学工作的人迅速增加,数学著作在较广的范围 内得到传播,而且建立了各种学会。在数学的传 统方面,从形的研究转向了数的研究,代数占据 了主导地位。在数学发展的趋势方面,开始了科 学数学化的过程。最早出现的是力学的数学化, 它以1687年牛顿写的《自然哲学的数学原理》为 代表,从三大定律出发,用数学的逻辑推理将力 学定律逐个地、必然地引申出来。
“在大多数的学科里,一代人的建筑为下一代 人所拆毁,一个人的创造被另一个人所破坏。 唯独数学,每一代人都在古老的大厦上添加 一层楼”
--H. Hankel,1894
数学史并不是单纯数学成就的编年记录。数学的 发展可谓“历经艰辛”:有犹豫徘徊、有危机冲 突,……。这是这些,构成了数学发展的恢宏画卷。 遗憾的是,现在的教科书是以定理到定理的形式 包装起来的,无法展示数学创造的真实过程。
罗马人征服了希腊也摧毁了希腊的文化。 公元前47年,罗马人焚毁了亚历山大里亚 图书馆,两个半世纪以来收集的藏书和50 万份手稿付之一炬。基督教徒又焚毁了希 腊神庙,大约30万种手稿被焚。公元640 年,回教徒征服埃及,残留的书籍被阿拉 伯征服者焚毁。由于外族入侵和古希腊后 期数学本身缺少活力,希腊数学衰落了。
周公曰:大哉言数。 …… ---《周髀算经》
既方之,外半其一矩,环而共盘,得成三四五
“几何”完善于希腊,“算术”则是东方的 强项,二者通过“代数”结合在一起后, “解析几何”就诞生了(笛卡儿),进而微 积分的出现就是历史的必然产物(牛顿、莱 布尼兹),和着工业革命,数学进入了新的 时代— “分析”的时代(18-20世纪)。
下学工夫,有理有事。 此书为益。能令学理者 怯其浮气,练其精心; 学事者资其定法,发其 巧思,故举世无一人不 当学。……
—徐光启《几何原本杂议》
历史的警示
1607年,利玛窦和徐光启合译《几何原 本》,西方数学第一次传入中国。徐光启 认为此书“由显入微,从疑得信,盖不用 为用,众用所基。”(《刻几何原本 序》),又希望“百年之后,必人人习之, 即又以为习之晚也”(《几何原本杂 议》)。
二、变量数学时期
变量数学时期从17世纪中叶到19世纪20年 代。这一时期的主要成果是解析几何、微 积分、高等代数等学科,它们构成了现代 大学数学课程(非数学专业)的主要内容。
十六、十七世纪,欧洲封建社会开始解体,代之 而起的是资本主义社会。由于资本主义工场手工 业的繁荣和向机器生产的过渡,以及航海、军事 等的发展,促使技术科学和数学急速向前发展。 原来的初等数学已经不能满足实践的需要,在数 学研究中自然而然地就引入了变量与函数的概念, 从此数学进入了变量数学时期。
十二月:大哉言数(maths is for ever)
大哉数学!
自然科学
工程技术
医药卫生
哲学思想
政治学说
经济理论逻辑思维ຫໍສະໝຸດ 音乐、建筑艺术、美学
战争、军事
1 什么是数学—历史的理解
“万物皆数”—毕达哥拉斯学派 “数学是量的科学”—亚里士多德 “凡是以研究顺序和度量为目的的科学都
与数学有关”—笛卡尔 “纯粹数学的对象是现实世界的空间形式
(2)提出一个假设,它包含所观察各量之间的数学关 系式;
(3)从这个假设推导出某些能够实际验证的结果 (4)进行实验观测—改变条件—再现测,并把观察结
果尽可能地用数值表示以来; (5)以实验结果来肯定或否定所提的假设; (6)以肯定的假设为起点,提出新假设,再度使新假
设接受检验。
第二件大事是笛卡儿的解析几何
一月:自然之数(maths counts)
二月:数学漩涡(maths stirs…)
三月:混沌中的数学(maths predicts)
四月:数学也很“酷”:(maths is cool--突变理论)
五月:太阳黑子的数学之谜(maths hots up)
六月:数学联通天下(maths connects)
1200年之后,阿拉伯数学进入衰退时期。初期的 阿拉伯数学在12世纪被译为拉丁文,传播到西欧, 使西欧人重新了解到希腊数学。
15世纪开始了欧洲的文艺复兴。随着拜占 庭帝国的瓦解,大批学者带着希腊典籍的 回到意大利。大约在这个世纪的中叶,受 中国人发明的影响,改进了印刷术,彻底 变革了书籍的出版条件,加速了知识的传 播。在这个世纪末,哥伦布发现了美洲, 不久麦哲伦船队完成了环球航行。在商业、 航海、天文学和测量学的影响下,西欧作 为初等数学的发展中心,终于后来居上。
与度量关系”—恩格斯
“数学是绝对自由发展的学科,它只服从明显的思 维。也就是说它的概念必须摆脱自相矛盾,并且 必须通过定义而明确地、有秩序地与先前建立和 存在的概念相联系” --康托(1883)
“纯粹数学完全由这样一类论断组成,假定某个 命题对某些事物成立,则可推出另外某个命题对 同样这些事物也成立。这里既不管第一个命题是 否确实成立,也不管使命题成立的那些事物究竟 是什么,……只要我们的假定是关于一般的事物, 而不是某些特殊的事物,那么我们的推理就构成 为数学。这样,数学可以定义为这样一门学科, 我们永远不知道其中所说的是什么,也不知道所 说的内容是否正确。” --罗素(1901)
从5世纪到15世纪,数学发展的中心转移到 了东方的印度、阿拉伯国家和中国。在这 1000多年时间里,数学主要是由于计算的 需要,特别是由于天文学的需要而得到迅 速发展。和以前的希腊数学家大多数是哲 学家不同,东方的数学家大多数是天文学 家。从公元6世纪到17世纪初,初等数学在 各个地区之间交流,并且取得了重大进展。
未曾想,300年后却有此打油诗:是幽默? 是无奈?还是中国人就不懂数学?
“几何”乃人类思维之灵魂
我请读者透过各个年代考察一下“几何”这门学 科的效果。人们看到它渐渐地,很慢但有把握地 取得了这样的权威,即任何一项研究、任何一项 实验都倾向它,不屈不挠地向它借取严谨的步骤、 对‘材料’的精打细算、细致的方法,而这种慎 之又慎使它可以从事最“胆大妄为”的事业。现 代科学就是从这堂庑宏大的教育中产生的。结果, 从机械技术、应用科学、战争或和平的手段等观 点来看,世界各地区之间的不平等就出现了。欧 洲人的优势就是建立在这个不平等之上的。
到了公元前三世纪,希腊几何学的出现成 为第一个转折点,数学从此由具体的、实 验的阶段,过渡到抽象的、理论的阶段, 开始创立初等数学。此后又经过不断的发 展和交流,最后形成了几何、算术、代数、 三角等独立学科。这一时期的成果可以用 “初等数学”(即常量数学)来概括,它大致 相当于现在中小学数学课本的主要内容。
[“数学]这个领域已被称作模式的科学 (science of pattern),其目的是要揭 示人们从自然界和数学本身的抽象世界中 所观察到的结构和对称性”
--Renewing US Mathematics:
A Plan for 1900’s
2 数学史的意义
与其他知识部门相比,数学是一门“历史 性”很强的学科:基本概念、基本方法几 乎亘古未变,即使重大的数学理论也总是 在继承和发展原有理论的基础上建立起来 的。
阿拉伯数学指阿拉伯科学繁荣时期(公元8 至15世纪)在阿拉伯语的文献中看到的数学。 七世纪以后,阿拉伯语言不仅是阿拉伯国 家的语言,而且成为近东、中东、中亚细 亚许多国家的官方语言。阿拉伯数学有三 个特点:实践性;与天文学有密切关系; 对古典著作做大量的注释。它的表现形式 和写文章一样,不用符号,连数目也用阿 拉伯语的数词书写,而“阿拉伯数字”仅 用于实际计算和表格。
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