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數(shù)學趣覽XVI 你了解八卦中的數(shù)學魅力嗎?

 阿里山圖書館 2020-06-24

01

八卦的由來

在《史記·日者列傳》中說:“自伏羲作八卦,周文王演三百八十四爻而天下治。”可是郭沫若、侯外廬、任繼愈、呂振羽等現(xiàn)代著名學者考證后認為,伏羲作八卦只是一種傳說,不足為信,而文王作八卦倒是有可能的。

不管是誰作的八卦,它的產(chǎn)生、發(fā)展及演變不可能是一個人的杰作,而是與生活生產(chǎn)實際不可分割的。古人總結(jié)了自然界萬物的規(guī)律,認為萬物均由天地陰陽交感而成,形成一生二,二生三,三生天地,天地生陰陽,陰陽生萬物的美學觀。這與畢達哥拉斯認為數(shù)是宇宙本源的觀點,是頗為接近的。八卦正是由這一簡單的“一”變化為復雜的“多”而逐漸產(chǎn)生形成的。反映了天、地、人之間關(guān)系的象征。

02

八卦符號的含義

八卦是一套抽象的符號系統(tǒng),它表示什么意義?“仁者見仁,智者見智?!比藗兛梢再x予它們各種各樣的內(nèi)容,但最易的是被視為數(shù)學的符號。在陰陽學的影響下,簡化作出“____”(陽)“——”(陰)兩種符號。通過這兩種簡單的符號可得出各種各樣的錯綜復雜的排列組合。

“____”代表自然界中的天、日、乾?!扒北硎窘 ?、剛。從數(shù)的意義上看:“____”表示奇數(shù),又表示一個整體。“____”是數(shù)的開始和數(shù)的發(fā)展的基本,是萬物生發(fā)之源;“——”代表自然界中的地、月、坤?!袄ぁ北硎卷槨㈧o、柔,它表示偶數(shù)。太陽下去,月亮升起;月亮下去,太陽出來,太陽月亮互相推移交替,就產(chǎn)生了時光,嚴暑易節(jié)形成了歲月。于是陰陽交融,萬物繁衍。

以“____”及“——”這兩個符號結(jié)合,可產(chǎn)生錯綜復的變化。如果取兩畫為一卦,這兩個符號最多只能得到“——,——,____”四卦,尚不足以概括自然界除天地以外的其他要素。如果取三畫為一卦,那么陰陽的排列組合可得八卦,正好與人們從自然界中抽象出來的八種事物一一對應(yīng)。我們將八卦所代表的八種自然界現(xiàn)象與事物特性列表如下:

03

八卦的數(shù)學結(jié)構(gòu)


八卦與集合論


集合論是現(xiàn)代數(shù)學的基礎(chǔ),它不僅滲透到數(shù)學的各個領(lǐng)域,也滲透到許多自然科學和社會科學領(lǐng)域?!吨芤住は缔o》說:“方以類聚,物以群分?!边@里所說的“類”與“群”就與數(shù)學中的“集合”概念非常相近。將八卦用集合論的語言描述,就會更方便、更清楚、更精確。

(1)八卦與自然現(xiàn)象的關(guān)系:

乾為天,坤為地,震為雷,巽為風,坎為水,離為火,艮為山,兌為澤??梢钥闯墒莾蓚€集合,即八卦經(jīng)集a={乾坤、艮、兌、巽、震、坎、離},與八種自然物集b={天、地、雷、風、水、火、山、澤}之間的一個一映射。

(2)八卦與方位的關(guān)系:

乾南,坤北,離東,坎西,震東南,巽西南,艮西北,兌東南??闯墒莾蓚€集合,即八卦之集a={乾、坤、艮、兌巽、震、坎、離},與八方之集b={南,北,東,西,東北,西南,西北,東南}之間的一種一一映射。

(3)八卦與“五行”之間的關(guān)系:

乾→金,坤→土,震→木,巽→木,坎→水,離→火,艮→土,兌→金。這是兩個集合——八卦集a={乾、坤、艮、兌、巽、震、坎、離},與五行集b={金,木,水,火,土}之間的映射,顯然是從a到b的滿射。

(4)“八卦”與“洛書”的關(guān)系:

“洛書”簡化后就成圖1的“九宮圖”,將8經(jīng)卦與“九宮圖”中的數(shù)分別對應(yīng)(如圖2)

圖1

圖2

乾→六,坤→二,震→三,巽→四,坎→一,離→九,艮→八,兌→七。即下面兩個集合——a={乾、坤、艮、兌、巽、震、坎、離}和b={一,二,三,四,五,六,七、八,九}的一個映射。


八卦與二進制 


通常我們所采用的十進制是“逢十進一”,且在十進制中使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9這十個數(shù)字符號。而二進制是“逢二進一”,只用0,1兩個數(shù)字符號即可。如將陰爻用“0”表示,陽爻用“1”表示,則八卦是一個二進制數(shù)組對于八卦與二進制數(shù)字及十進制數(shù)字的對應(yīng)關(guān)系列表如下:


八卦與組合論


八卦中的每一卦都由兩種元素(陰爻,陽爻)中可重復選取3個所做的排列。設(shè)排列數(shù)為N,則N=23,其中“2”是指只有兩種元素,“3”是指從兩種元素中選取3個元素作可重復排列。所以N=23=8,對應(yīng)于八卦。


八卦與代數(shù)式


令a表示陰爻,b表示陽爻,并規(guī)定ab≠b,則對應(yīng)于,當n=2時

對應(yīng)于八卦

當N=3時

對應(yīng)于八卦

此外,八卦在矩陣、群論、概率論中都有其數(shù)學解釋,在此不多做闡述了。

04

八卦的美感

我國古代數(shù)學家一行(673~727)和秦九韶(1202~1261)曾把八卦與數(shù)學相聯(lián)系。德國數(shù)學家萊布尼茨(1646~1716)發(fā)現(xiàn)易圖由八卦演繹而成的六十四卦的一致性,從此引起了中外學者對八卦的研究興趣。易圖是我國祖先的一種人工語言也是一種深奧精巧的數(shù)學結(jié)構(gòu),蘊涵著一種極其豐富的數(shù)學之美。

中國古代的科學美學思想比較講究和諧與平衡,但這種和諧與平衡并不像古希臘科學美學思想那樣偏重于靜態(tài)肅穆,而是偏重于變化的動態(tài)平衡。中國古代的人們更欣賞世間萬物在相互作用、共同促進中所表現(xiàn)出來的動態(tài)美?!吨芤住は缔o說:“易有太極,是生兩儀,兩儀生四象,四象生八卦……”

我們?nèi) 疤珮O”(用0表示)、兩儀,四象,八卦這15個元素為頂點,可連成如圖3的一個“二叉數(shù)”。給人以一種整齊對稱的美感。

圖3

在《周易·說卦》中認為:凡符合動態(tài)美原則的即為吉卦,凡絕對平衡、絕對靜止的則為兇卦;又認為凡是有動象、有交感之象的卦是吉祥卦,因為這樣的事物是符合美的原則的,所以是有前途的.

《周易·彖傳·睽象》認為:“天地睽而其事同也,男女睽而其志通也,萬物睽而其事類也,睽之時用大矣哉?!边@里的“睽”就是指“相互矛盾的事物”,他們之間的矛盾斗爭促使萬物的繁榮變化,使事物在運動中顯出動態(tài)美。這是古人的一種樸素的辯證美學思想八卦圖從產(chǎn)生、發(fā)展至今,已經(jīng)越來越引起中外哲學家和科學家的重視。如量子力學的哥本哈根派以八卦圖作為他們學派的標志,韓國以八卦圖作為他們的國旗,這都說明八卦具有超凡脫俗的美感。而八卦與眾多數(shù)學分支的聯(lián)系,還有待我們繼續(xù)挖掘整理。我們?yōu)樽约鹤嫦葎?chuàng)造了這具有豐富哲學和科學內(nèi)涵的八卦文化而感到自豪,我們應(yīng)繼續(xù)把八卦文化發(fā)揚光大。

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