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第二十章 九章算數(shù)

 動(dòng)力實(shí)體能 2020-01-21

    前文中我們?cè)f(shuō)過(guò),中國(guó)在公元十四世紀(jì)前一直是世界上數(shù)學(xué)最發(fā)達(dá)的國(guó)家,領(lǐng)先世界幾萬(wàn)年。只是在近幾百年來(lái)由于明朝和清朝對(duì)數(shù)學(xué)的漠視和西方數(shù)學(xué)的快速崛起,自公元十五世紀(jì)后我們?cè)跀?shù)學(xué)上的發(fā)展才逐漸趨向于停滯或發(fā)展十分緩慢。西方的現(xiàn)代數(shù)學(xué)是在阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)的基礎(chǔ)上建立的,沒(méi)有先進(jìn)的阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)就不可能有西方現(xiàn)代數(shù)學(xué)的輝煌成就,是十字軍東征讓西方人首次知道和獲取了大量的數(shù)學(xué)典籍,通過(guò)對(duì)這些阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)經(jīng)典的翻譯和研究使西方走上了科學(xué)高速發(fā)展的道路。

    印度于公元三世紀(jì)開(kāi)始有計(jì)數(shù)符號(hào),公元六世紀(jì)才采用十進(jìn)位值制,公元八世紀(jì)印度的計(jì)數(shù)符號(hào)和十進(jìn)位值制傳入阿拉伯,公元十二世紀(jì)至公元十三世紀(jì)阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)開(kāi)始傳入歐洲,公元十六世紀(jì)至公元十七世紀(jì)歐洲的數(shù)學(xué)得到了突飛猛進(jìn)的高速發(fā)展。從數(shù)學(xué)傳播的路徑上看,似乎世界數(shù)學(xué)的起源來(lái)自于印度,但實(shí)際上印度的數(shù)學(xué)理論和計(jì)數(shù)符號(hào)等幾乎全部來(lái)自于中國(guó)。中國(guó)的數(shù)學(xué)名著《九章算術(shù)》成書(shū)于公元前一世紀(jì),大約在公元五世紀(jì)左右傳入印度?,F(xiàn)在世界上通用的阿拉伯?dāng)?shù)字1、2、3、4……9被認(rèn)為是起源于印度,實(shí)際上也同樣來(lái)自于中國(guó)。在公元前一世紀(jì)左右能與中國(guó)數(shù)學(xué)名著《九章算術(shù)》相提并論的唯有希臘幾何學(xué)家歐幾里德的《幾何原本》?!稁缀卧尽分兴龅膸缀卫碚撌呛芟冗M(jìn)的,但希臘的數(shù)學(xué)計(jì)算卻是非常落后的,整個(gè)歐洲在六七百年前連超過(guò)一萬(wàn)的數(shù)字都計(jì)算不了,落后的讓人難以想象!數(shù)學(xué)的精髓是計(jì)算,不能計(jì)算的幾何圖形只能是圖,而不可能產(chǎn)生數(shù)學(xué)計(jì)算的結(jié)果,這也是為什么《幾何原本》產(chǎn)生的很早,但整個(gè)歐洲數(shù)學(xué)依然非常落后的原因。

    算籌和先進(jìn)的十進(jìn)位值制在中國(guó)的存在萬(wàn)年以上,在長(zhǎng)達(dá)幾萬(wàn)年的不斷發(fā)展中,中國(guó)的數(shù)學(xué)取得了輝煌的成就,于漢朝初期出現(xiàn)了堪稱(chēng)世界數(shù)學(xué)史上第一部經(jīng)典之作《九章算術(shù)》,其作者無(wú)從考證,因?yàn)樵跐h朝出現(xiàn)的九章算術(shù)并不是漢朝人的原創(chuàng),而是漢朝的數(shù)學(xué)家對(duì)原有的九章算術(shù)進(jìn)行增補(bǔ)后出現(xiàn)的版本。這也說(shuō)明《九章算術(shù)》早在漢朝之前的很多年前就已經(jīng)存在了。1984年,在湖北出土了《算數(shù)書(shū)》書(shū)簡(jiǎn)。據(jù)考證,其比《九章算術(shù)》要早一個(gè)半世紀(jì)以上,書(shū)中有些內(nèi)容和《九章算術(shù)》非常相似,一些內(nèi)容的文句也基本相同。全書(shū)總共約七千多字,有60多個(gè)小標(biāo)題,如方田、少?gòu)V、金價(jià)、合分、約分、經(jīng)分、分乘、相乘、增減分、賈鹽、息錢(qián)、程未等等,但未分章或卷。《算數(shù)書(shū)》與《九章算術(shù)》之間沒(méi)有直接的文本影響關(guān)系,但它們有著明顯的共源性?!毒耪滤阈g(shù)》雖然晚于《算數(shù)書(shū)》,但其中的某些內(nèi)容卻要比《算數(shù)書(shū)》中的內(nèi)容顯得更加久遠(yuǎn)。通過(guò)對(duì)二者的比較,發(fā)現(xiàn)兩本著作中的大部分內(nèi)容都來(lái)自于先秦,或許在先秦時(shí)期可能存在有另一部數(shù)學(xué)著作,《九章算術(shù)》和《算數(shù)書(shū)》只是該書(shū)的衍生本。

    《九章算術(shù)》的內(nèi)容十分豐富,共分九章,246個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題。

    第一章  方田:主要講述了平面幾何圖形面積的計(jì)算方法。包括長(zhǎng)方形、等腰三角形、直角梯形、等腰梯形、圓形、扇形、弓形、圓環(huán)這八種圖形面積的計(jì)算方法。另外還系統(tǒng)地講述了分?jǐn)?shù)的四則運(yùn)算法則,以及求分子分母最大公約數(shù)等方法。

    第二章 粟米:谷物糧食的按比例折換,提出比例算法,稱(chēng)為今有術(shù)。

    第三章 衰分:比例分配問(wèn)題。

    第四章 少?gòu)V:已知面積、體積,反求其一邊長(zhǎng)和徑長(zhǎng)等,介紹了開(kāi)平方、開(kāi)立方的方法。

    第五章 商功:土石工程、體積計(jì)算,除給出了各種立體體積公式外,還有工程分配方法。

    第六章 均輸:合理攤派賦稅,用衰分術(shù)解決賦役的合理負(fù)擔(dān)問(wèn)題。今有術(shù)、衰分術(shù)及其應(yīng)用方法,構(gòu)成了包括今天正、反比例、比例分配、復(fù)比例、連鎖比例在內(nèi)的整套比例理論。西方直到15世紀(jì)末以后才形成類(lèi)似的全套方法。

    第七章 盈不足:即雙設(shè)法問(wèn)題,提出了盈不足、盈適足和不足適足、兩盈和兩不足三種類(lèi)型的盈虧問(wèn)題,以及若干可以通過(guò)兩次假設(shè)化為盈不足問(wèn)題的一般問(wèn)題的解法。這也是處于世界領(lǐng)先地位的成果,傳到西方后,影響極大。

    第八章 方程:一次方程組問(wèn)題;采用分離系數(shù)的方法表示線性方程組,相當(dāng)于現(xiàn)在的矩陣,解線性方程組時(shí)使用的直除法,與矩陣的初等變換一致。這是世界上最早的、最完整的線性方程組的解法。在西方,直到17世紀(jì)才由萊布尼茲提出完整的線性方程的解法法則。這一章還引進(jìn)和使用了負(fù)數(shù),并提出了正負(fù)術(shù)—正負(fù)數(shù)的加減法則,與現(xiàn)今代數(shù)中法則完全相同,解線性方程組時(shí)實(shí)際還施行了正負(fù)數(shù)的乘除法。這是世界數(shù)學(xué)史上一項(xiàng)重大的成就,第一次突破了正數(shù)的范圍,擴(kuò)展了數(shù)系。外國(guó)則到7世紀(jì)才認(rèn)識(shí)負(fù)數(shù)。

    第九章 勾股:利用勾股定理求解的各種問(wèn)題。其中的絕大多數(shù)內(nèi)容是與當(dāng)時(shí)的社會(huì)生活密切相關(guān)的。提出了勾股數(shù)問(wèn)題的通解公式:若a、b、c分別是勾股形的勾、股、弦,則m>n。在西方,畢達(dá)哥拉斯、歐幾里得等僅得到了這個(gè)公式的幾種特殊情況,直到3世紀(jì)的丟番圖才取得相近的結(jié)果,這已比《九章算術(shù)》晚約3個(gè)世紀(jì)了。勾股章還有些內(nèi)容,在西方卻還是近代的事。例如勾股章最后一題給出的一組公式,在國(guó)外直到19世紀(jì)末才由美國(guó)的數(shù)論學(xué)家迪克森得出。

    《九章算術(shù)》之?dāng)?shù)學(xué)成就:

    1、分?jǐn)?shù)運(yùn)算、比例問(wèn)題和“盈不足”算法。分?jǐn)?shù)運(yùn)算包括四則運(yùn)算,通分、約分、化帶分?jǐn)?shù)為假分?jǐn)?shù)等。其步驟與方法大體與現(xiàn)在相同。盈不足算法需要給出兩次假設(shè),盈不足術(shù)是中國(guó)數(shù)學(xué)史上解應(yīng)用問(wèn)題的一種別開(kāi)生面的創(chuàng)造,它在我國(guó)古代算法中占有相當(dāng)重要的地位。盈不足術(shù)還經(jīng)過(guò)絲綢之路西傳中亞阿拉伯國(guó)家,受到特別重視,被稱(chēng)為“契丹算法”,后來(lái)又傳入歐洲,被稱(chēng)為“雙設(shè)法”,該法曾長(zhǎng)時(shí)期統(tǒng)治了歐洲的數(shù)學(xué)王國(guó)。

   2、《九章算術(shù)》總結(jié)了生產(chǎn)、生活實(shí)踐中大量的幾何知識(shí),在方田、商功和勾股章中提出了很多面積、體積的計(jì)算公式和勾股定理的應(yīng)用。

   3、《九章算術(shù)》中的代數(shù)內(nèi)容同樣很豐富,具有當(dāng)時(shí)世界的先進(jìn)水平。包括:開(kāi)平方和開(kāi)立方、多元一次方程、正、負(fù)數(shù)的定義和加減運(yùn)算法則。正負(fù)數(shù)概念直到公元七世紀(jì)才被印度的數(shù)學(xué)家婆羅門(mén)岌多認(rèn)識(shí),歐洲則認(rèn)識(shí)的更晚,于公元十六世紀(jì)才知道負(fù)數(shù)的存在。

    《九章算術(shù)》是中國(guó)數(shù)學(xué)發(fā)展領(lǐng)先世界的見(jiàn)證,是中華民族智慧的結(jié)晶。它的出現(xiàn)標(biāo)志著中國(guó)古代數(shù)學(xué)體系的形成。后世的許多數(shù)學(xué)家大都是從《九章算術(shù)》開(kāi)始學(xué)習(xí)和研究數(shù)學(xué)知識(shí)的。唐宋兩代由國(guó)家明令規(guī)定將《九章算術(shù)》作為教科書(shū)。1084年由當(dāng)時(shí)的北宋朝廷進(jìn)行刊刻,成為世界上最早的印刷本數(shù)學(xué)專(zhuān)著。可以說(shuō),《九章算術(shù)》是中國(guó)為世界數(shù)學(xué)的發(fā)展做出的又一次杰出貢獻(xiàn)。

    對(duì)希臘《幾何原本》的質(zhì)疑:

    古希臘的計(jì)數(shù)法極其落后,雖然也采用十進(jìn)制,但卻沒(méi)有位值制概念。數(shù)字的表示基本上采用字母來(lái)表示,24個(gè)字母不夠用,就又外借了三個(gè)字母,總共27個(gè)字母全用上最大也只能到999,我的天吶!這么復(fù)雜的計(jì)數(shù)方法怎么計(jì)算呢?不把人算瘋了才怪呢!再看中國(guó)的算籌,就用一根小木棍的橫放和豎放,不但能夠表示出數(shù)字1至9,還能計(jì)算任意大的數(shù)據(jù),因?yàn)槲覀兊睦献嫦仍缭趲兹f(wàn)年前就將命名和運(yùn)算分割成了兩個(gè)系統(tǒng),一個(gè)用來(lái)表示十進(jìn)位的個(gè)、十、百、千、萬(wàn)、……,一個(gè)用小木棍直接計(jì)算即可,太簡(jiǎn)單了!

    《幾何原本》的產(chǎn)生或來(lái)源。無(wú)論是科學(xué)還是文字,甚至是文明,都有其源頭可尋,都有其產(chǎn)生的基礎(chǔ)或原因。然而通過(guò)大量資料的查詢(xún),沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何介紹其產(chǎn)生或來(lái)源的資料。只是看到了一大群人在盲目的吹捧《幾何原本》有多么的牛逼!先進(jìn)的計(jì)算工具和先進(jìn)的十進(jìn)位值制催生了發(fā)達(dá)的中國(guó)數(shù)學(xué),產(chǎn)生了《九章算術(shù)》這樣的數(shù)學(xué)巨著。那么是什么原因?qū)е铝恕稁缀卧尽返漠a(chǎn)生呢?古希臘有什么先進(jìn)的計(jì)算工具嗎?有先進(jìn)的位值制概念嗎?有產(chǎn)生過(guò)先進(jìn)的歷法嗎?……沒(méi)有,一切都沒(méi)有,只有一種不能計(jì)算大一點(diǎn)數(shù)據(jù)的、落后的、令人頭疼的計(jì)數(shù)法。難道說(shuō)幾何學(xué)只需要畫(huà)圖而不需要計(jì)算嗎?要說(shuō)到畫(huà)幾何圖形,那個(gè)規(guī)(圓規(guī))和矩(直角尺)還是伏羲女?huà)z發(fā)明的呢!當(dāng)然了,古希臘很有可能是從古埃及那里獲得了規(guī)和矩,所以才能畫(huà)出方方圓圓的幾何圖形來(lái)。

    《幾何原本》產(chǎn)生的時(shí)期基本與《九章算術(shù)》同時(shí)期,一個(gè)被大量應(yīng)用于生產(chǎn)生活和教育中,一個(gè)卻默默無(wú)聞沉寂了一千五百多年之后才大放光彩,這是為什么?是因?yàn)椤稁缀卧尽烦霈F(xiàn)的年代與落后的古希臘數(shù)學(xué)水土不服嗎?當(dāng)然,也有不少說(shuō)法是其數(shù)學(xué)計(jì)算理論來(lái)自于古埃及或古巴比倫,可是古埃及和古巴比倫的數(shù)學(xué)并沒(méi)有人們傳說(shuō)的那么先進(jìn)哦。古巴比倫數(shù)學(xué)是60進(jìn)制,雖然有位值制,但計(jì)算十分繁瑣,稍微大一點(diǎn)的數(shù)據(jù)計(jì)算非常困難。古巴比倫的數(shù)學(xué)成就主要顯示在出土的泥土塊上,但其數(shù)學(xué)理論卻是較為落后的。古埃及的十進(jìn)制并不完善或是沒(méi)有完全掌握,因?yàn)槠鋵?duì)10這個(gè)數(shù)字不是采取的進(jìn)位制,而是用字母來(lái)表示的,在沒(méi)有位值制和有重大缺陷的十進(jìn)制的情況下,其數(shù)學(xué)很難取得什么顯著的成就,或者根本就不可能。

    《幾何原本》在數(shù)學(xué)上取得的成就是巨大的,尤其是在幾何學(xué)方面更是輝煌燦爛。但由于當(dāng)時(shí)希臘落后的數(shù)學(xué)環(huán)境和古埃及、古巴比倫數(shù)學(xué)理論來(lái)源的缺陷,所以我本人認(rèn)為《幾何原本》的內(nèi)容應(yīng)該不是歐幾里德的原創(chuàng),很有可能是其對(duì)很多來(lái)自于古埃及和古巴比倫幾何學(xué)方面的知識(shí)和資料的匯總與總結(jié)。

    【補(bǔ)充資料】希臘文明是一個(gè)失落的文明,直到歐洲中世紀(jì)才被人們重新發(fā)現(xiàn)。希臘文明發(fā)祥于克里特島,一座相傳位于世界中央的小島。在這里,未來(lái)的雅典國(guó)王提修斯曾闖入迷宮斬下米諾斯牛恐怖的頭顱,成為希臘人崇拜的英雄。二十世紀(jì)初這座迷宮被奇跡般的發(fā)掘出來(lái),爆出了舉世震驚的新聞?,F(xiàn)在當(dāng)人們面對(duì)塵封了幾千年的王宮廢墟,贊賞精美絕倫的壁畫(huà)和細(xì)致獨(dú)特的器物時(shí),不禁感嘆克里特應(yīng)該就是希臘文化的濫觴之地。

    遠(yuǎn)古的希臘是希臘人不斷向海外輸出移民的時(shí)代,殖民地遍布西歐、南歐、北非、小亞細(xì)亞和黑海沿岸,從馬薩里亞到拜占庭,從波提地亞到西諾普,就像從希臘本土這個(gè)樹(shù)干上延伸出來(lái)的無(wú)數(shù)根須,饑渴地吮吸著周?chē)寥赖奈幕B(yǎng)料。埃及的宗教,波斯的哲學(xué),腓尼基的文字,巴比倫的天文和野蠻民族的藝術(shù),數(shù)不清的遠(yuǎn)古文明和幾千年的文化成果都迅速通過(guò)這些根系傳播到伯羅奔尼撒起伏的丘陵,傳播到阿提卡豐收的果園,傳播到比阿提亞貧瘠的山嶺。希臘人無(wú)比幸運(yùn),他們?nèi)缛f(wàn)人呵護(hù)的寵兒,被諸多遠(yuǎn)古文明緊緊擁抱,享受東方文明給他們留下的恩澤。

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