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小学论文(数学发展史) 自己删节吧 记得给分哦
此书记录了世界初等数学的发展与变迁。可大体分为“数的出现”、“数字与符号的起源与发展”、“分数”、“代数与方程”、“几何”、“数论”与“名著录”七大项,跨度千万年。可让读者了解数学的光辉历史与发展。是将历史与数学结合出的趣味百科读物。
数的出现
一、数的概念出现
人对于“数”的概念是与身俱来的。从原始人开始,人就能分出一与二与三的区别,从而,就有了对数的认识。而为了表示数,原始人就创造并使用了一种古老却笨拙且不太实用的方法——结绳计数。通过在绳子上打结来表示所指物体的数量,而为了辨认数量,也就出现了数数这一重要的方法。这一方法如今看来十分笨拙,但却是人对数学的认识由零到一的关键一步。从这笨拙的一步人们也意识到:对数学的阐述必须要尽量得简洁清楚。这是一个从那时开始便影响至今的人类第一个数学方面的认识,这也是人类为了解数学而迈出的关键性一步。
数字与符号的起源与发展
一、数的出现
很快,人类就又迈出了一大步。随着文字的出现,最原始的数字就出现了。且更令人高兴的是,人们将自己的认识代入了设计之中,他们想到了“以一个大的代替多个小的”这种方法来设计,而在字符表示之中,就是“进位制”。在众多的数码之中,有古巴比仑的二十进制数码、古罗马字符,但一直流传至今的,世界通用的阿拉伯数字。它们告诉了我们:简洁的,就是最好的。
而现在,又出现了“二进制数”、“三进制数”等低位进制数,有时人们会认为它们有些过度的“简洁”,使数据会过多得长,而不便书写,且熟悉了十进制的阿拉伯数字后,改变进制的换算也十分麻烦。其实,人是高等动物 ,理解能力强,从古至今都以十为整,所以习惯了十进制。可是,不是所有的东西都有智商,而且不可能智商高到能明显区分1-10,却能通过明显相反的方式表达两个数码。于是,人类创造了“二进制数”,不过它们不便书写,只适用于计算机和某些智能机器。但不可否认的是,它又创造了一种新的数码表示方法。
二、符号的出现
加减乘除〈+、-、×(·)、÷(∶)〉等数学符号是我们每一个人最熟悉的符号,因为不光在数学学习中离不开它们,几乎每天的日常的生活也离不开它们。别看它们这么简
单,直到17世纪中叶才全部形成。
法国数学家许凯在1484年写成的《算术三篇》中,使用了一些编写符号,如用D表示加法,用M表示减法。这两个符号最早出现在德国数学家维德曼写的《商业速算法》中,他用“+”表示超过,用“-”表示不足。
1、加号(+)和减号(-)
加减号“+”,“-”,1489年德国数学家魏德曼在他的著作中首先使用了这两个符号,但正式为大家公认是从1514年荷兰数学家荷伊克开始。到1514年,荷兰的赫克首次用“+”表示加法,用“-”表示减法。1544年,德国数学家施蒂费尔在《整数算术》中正式用“+”和“-”表示加减,这两个符号逐渐被公认为真正的算术符号,广泛采用。
2、乘号(×、·)
乘号“×”,英国数学家奥屈特于1631年提出用“×”表示相乘。英国数学家奥特雷德于1631年出版的《数学之钥》中引入这种记法。据说是由加法符号+变动而来,因为乘法运算是从相同数的连加运算发展而来的。另一乘号“·”是数学家赫锐奥特首创的。后来,莱布尼兹认为“×”容易与“X”相混淆,建议用“·”表示乘号,这样,“·”也得到了承认。
3、除号(÷)
除法除号“÷”,最初这个符号是作为减号在欧洲大陆流行,奥屈特用“:”表示除或比.也有人用分数线表示比,后来有人把二者结合起来就变成了“÷”。瑞士的数学家拉哈的著作中正式把“÷”作为除号。符号“÷”是英国的瓦里斯最初使用的,后来在英国得到了推广。除的本意是分,符号“÷”的中间的横线把上、下两部分分开,形象地表示了“分”。
至此,四则运算符号齐备了,当时还远未达到被各国普遍采用的程度。
4、等号(=)
等号“=”,最初是1540年由英国牛津大学教授瑞柯德开始使用。1591年法国数学家韦达在其著作中大量使用后,才逐渐为人们所接受。
分数
一、分数的产生与定义
人类历史上最早产生的数是自然数(正整数),以后在度量和均分时往往不能正好得到整数的结果,这样就产生了分数。
一个物体,一个图形,一个计量单位,都可看作单位“1”。把单位“1”平均分成几份,表示这样一份或几份的数叫做分数。在分数里,表示把单位“1”平均分成多少份的叫做分母,表示有这样多少份的叫做分子;其中的一份叫做分数单位。
分子,分母同时乘或除以一个相同的数〔0除外〕,分数的大小不变.这就是分数的基本性质.
分数一般包括:真分数,假分数,带分数.
真分数小于1.
假分数大于1,或者等于1.
带分数大于1而又是最简分数.带分数是由一个整数和一个真分数组成的。
注意 :
①分母和分子中不能有0,否则无意义。
②分数中的分子或分母不能出现无理数(如2的平方根),否则就不是分数。
③一个最简分数的分母中只有2和5两个质因数就能化成有限小数;如果最简分数的分母中只含有2和5以外的质因数那么就能化成纯循环小数;如果最简分数的分母中既含有2或5两个质因数也含有2和5以外的质因数那么就能化成混循环小数。(注:如果不是一个最简分数就要先化成最简分数再判断;分母是2或5的最简分数一定能化成有限小数,分母是其他质数的最简分数一定能化成纯循环小数)
二、分数的历史与演变
分数在我们中国很早就有了,最初分数的表现形式跟现在不一样。后来,印度出现了和我国相似的分数表示法。再往后,阿拉伯人发明了分数线,分数的表示法就成为现在这样了。
在历史上,分数几乎与自然数一样古老。早在人类文化发明的初期,由于进行测量和均分的需要,引入并使用了分数。
在许多民族的古代文献中都有关于分数的记载和各种不同的分数制度。早在公元前2100多年,古代巴比伦人(现处伊拉克一带)就使用了分母是60的分数。
公元前1850年左右的埃及算学文献中,也开始使用分数。
200多年前,瑞士数学家欧拉,在《通用算术》一书中说,要想把7米长的一根绳子分成三等份是不可能的,因为找不到一个合适的数来表示它.如果我们把它分成三等份,每份是3/7 米.像3/7 就是一种新的数,我们把它叫做分数.
为什么叫它分数呢?分数这个名称直观而生动地表示这种数的特征.例如,一只西瓜四个人平均分,不把它分成相等的四块行吗?从这个例子就可以看出,分数是度量和数学本身的需要——除法运算的需要而产生的.
最早使用分数的国家是中国.我国春秋时代(公元前770年~前476年)的《左传》中,规定了诸侯的都城大小:最大不可超过周文王国都的三分之一,中等的不可超过五分之一,小的不可超过九分之一。秦始皇时代的历法规定:一年的天数为三百六十五又四分之一。这说明:分数在我国很早就出现了,并且用于社会生产和生活。
《九章算术》是我国1800多年前的一本数学专著,其中第一章《方田》里就讲了分数四则算法.
在古代,中国使用分数比其他国家要早出一千多年.所以说中国有着悠久的历史,灿烂的文化 。
几何
一、公式
1、平面图形
正方形: S=a? C=4a
三角形: S=ah/2 a=2S/h h=2S/a
平行四边形:S=ah a=S/h h=S/a
梯形: S=(a+b)h/2 h=2S/(a+b) a=2S/h-b b=2S/h-a
圆形: S=∏r? C=2r∏=∏d r=d/2=C/∏/2r?=S/∏ d=C/∏
半圆: S=∏r?/2 C=∏r+d=5.14r
顶点数+面数-块数=1
2、立体图形
正方体: V=a?=S底·a S表=6a? S底=a? S侧=4a? 棱长和=12a
长方体: V=abh=S底·h S表=2(ab+ac+bc) S侧=2(a+b)h 棱长和=4(a+b+h)
圆柱: V=∏r?h S表=2∏r?+∏r?h=S底(h+2) S侧=∏r?h S底=∏r?
其它柱体:V=S底h
锥体: V=V柱体/3
球: V=4/3∏r? S表=4∏r?
顶点数+面数-棱数=2
数论
一、数论概述
人类从学会计数开始就一直和自然数打交道了,后来由于实践的需要,数的概念进一步扩充,自然数被叫做正整数,而把它们的相反数叫做负整数,介于正整数和负整数中间的中性数叫做0。它们合起来叫做整数。(现在,自然数的概念有了改变,包括正整数和0)
对于整数可以施行加、减、乘、除四种运算,叫做四则运算。其中加法、减法和乘法这三种运算,在整数范围内可以毫无阻碍地进行。也就是说,任意两个或两个以上的整数相加、相减、相乘的时候,它们的和、差、积仍然是一个整数。但整数之间的除法在整数范围内并不一定能够无阻碍地进行。
人们在对整数进行运算的应用和研究中,逐步熟悉了整数的特性。比如,整数可分为两大类—奇数和偶数(通常被称为单数、双数)等。利用整数的一些基本性质,可以进一步探索许多有趣和复杂的数学规律,正是这些特性的魅力,吸引了古往今来许多的数学家不断地研究和探索。
数论这门学科最初是从研究整数开始的,所以叫做整数论。后来整数论又进一步发展,就叫做数论了。确切的说,数论就是一门研究整数性质的学科。
二、数论的发展简况
自古以来,数学家对于整数性质的研究一直十分重视,但是直到十九世纪,这些研究成果还只是孤立地记载在各个时期的算术著作中,也就是说还没有形成完整统一的学科。
自我国古代,许多著名的数学著作中都关于数论内容的论述,比如求最大公约数、勾股数组、某些不定方程整数解的问题等等。在国外,古希腊时代的数学家对于数论中一个最基本的问题——整除性问题就有系统的研究,关于质数、和数、约数、倍数等一系列概念也已经被提出来应用了。后来的各个时代的数学家也都对整数性质的研究做出过重大的贡献,使数论的基本理论逐步得到完善。
在整数性质的研究中,人们发现质数是构成正整数的基本“材料”,要深入研究整数的性质就必须研究质数的性质。因此关于质数性质的有关问题,一直受到数学家的关注。
到了十八世纪末,历代数学家积累的关于整数性质零散的知识已经十分丰富了,把它们整理加工成为一门系统的学科的条件已经完全成熟了。德国数学家高斯集中前人的大成,写了一本书叫做《算术探讨》,1800年寄给了法国科学院,但是法国科学院拒绝了高斯的这部杰作,高斯只好在1801年自己发表了这部著作。这部书开始了现代数论的新纪元。
在《算术探讨》中,高斯把过去研究整数性质所用的符号标准化了,把当时现存的定理系统化并进行了推广,把要研究的问题和意志的方法进行了分类,还引进了新的方法。
由于近代计算机科学和应用数学的发展,数论得到了广泛的应用。比如在计算方法、代数编码、组合论等方面都广泛使用了初等数论范围内的许多研究成果;又文献报道,现在有些国家应用“孙子定理”来进行测距,用原根和指数来计算离散傅立叶变换等。此外,数论的许多比较深刻的研究成果也在近似分析、差集合、快速变换等方面得到了应用。特别是现在由于计算机的发展,用离散量的计算去逼近连续量而达到所要求的精度已成为可能。
三、数论的分类
初等数论
意指使用不超过高中程度的初等代数处理的数论问题,最主要的工具包括整数的整除性与同余。重要的结论包括中国剩余定理、费马小定理、二次互逆律等等。
解析数论
借助微积分及复分析的技术来研究关于整数的问题,主要又可以分为积性数论与加性数论两类。积性数论藉由研究积性生成函数的性质来探讨质数分布的问题,其中质数定理与狄利克雷定理为这个领域中最著名的古典成果。加性数论则是研究整数的加法分解之可能性与表示的问题,华林问题是该领域最著名的课题。此外例如筛法、圆法等等都是属于这个范畴的重要议题。我国数学家陈景润在解决“哥德巴赫猜想”问题中使用的是解析数论中的筛法。
代数数论
是把整数的概念推广到代数整数的一个分支。关于代数整数的研究,主要的研究目标是为了更一般地解决不定方程的问题,而为了达到此目的,这个领域与代数几何之间的关联尤其紧密。建立了素整数、可除性等概念。
几何数论
是由德国数学家、物理学家闵可夫斯基等人开创和奠基的。主要在于透过几何观点研究整数(在此即格子点)的分布情形。几何数论研究的基本对象是“空间格网”。在给定的直角坐标系上,坐标全是整数的点,叫做整点;全部整点构成的组就叫做空间格网。空间格网对几何学和结晶学有着重大的意义。最著名的定理为Minkowski 定理。由于几何数论涉及的问题比较复杂,必须具有相当的数学基础才能深入研究。
计算数论
借助电脑的算法帮助数论的问题,例如素数测试和因数分解等和密码学息息相关的话题。
超越数论
研究数的超越性,其中对于欧拉常数与特定的 Zeta 函数值之研究尤其令人感到兴趣。
组合数论
利用组合和机率的技巧,非构造性地证明某些无法用初等方式处理的复杂结论。这是由艾狄胥开创的思路。
四、皇冠上的明珠
数论在数学中的地位是独特的,高斯曾经说过“数学是科学的皇后,数论是数学中的皇冠”。因此,数学家都喜欢把数论中一些悬而未决的疑难问题,叫做“皇冠上的明珠”,以鼓励人们去“摘取”。
简要列出几颗“明珠”:费尔马大定理、孪生素数问题、歌德巴赫猜想、角谷猜想、圆内整点问题、完全数问题……
五、中国人的成绩
在我国近代,数论也是发展最早的数学分支之一。从二十世纪三十年代开始,在解析数论、刁藩都方程、一致分布等方面都有过重要的贡献,出现了华罗庚、闵嗣鹤、柯召等第一流的数论专家。其中华罗庚教授在三角和估值、堆砌素数论方面的研究是享有盛名的。1949年以后,数论的研究的得到了更大的发展。特别是在“筛法”和“歌德巴赫猜想”方面的研究,已取得世界领先的优秀成绩。 特别是陈景润在1966年证明“歌德巴赫猜想”的“一个大偶数可以表示为一个素数和一个不超过两个素数的乘积之和”以后,在国际数学引起了强烈的反响,盛赞陈景润的论文是解析数学的名作,是筛法的光辉顶点。至今,这仍是“歌德巴赫猜想”的最好结果。
名著录
《几何原本》 欧几里得 约公元前300年
《周髀算经》 作者不详 时间早于公元前一世纪
《九章算术》 作者不详 约公元一世纪
《孙子算经》 作者不详 南北朝时期
《几何学》 笛卡儿 1637年
《自然哲学之数学原理》 牛顿 1687年
《无穷分析引论》 欧拉 1748年
《微分学》 欧拉 1755年
《积分学》(共三卷) 欧拉 1768-1770年
《算术探究》 高斯 1801年
《堆垒素数论》 华罗庚 1940年左右
任意选一段吧!!!
分数产生和发展的历史,写一篇数学日记(要日记)
数的产生及发展过程:
数──自然科学之父,起源于原始人类用来数数计数的记号形成自然数“数”的符号,是人类最伟大发明。
若干年以前,人类的祖先为了生存,往往几十人在一起,过着群居的生活。他们白天共同劳动,搜捕野兽、飞禽或采集果薯食物;晚上住在洞穴里,共同享用劳动所得。
在长期的共同劳动和生活中,他们之间逐渐到了有些什么非说不可的地步,于是产生了语言。他们能用简单的语言夹杂手势,来表达感情和交流思想。
随着劳动内容的发展,他们的语言也不断发展,终于超过了一切其他动物的语言。其中的主要标志之一,就是语言包含了算术的色彩。
人类先是产生了“数”的朦胧概念。他们狩猎而归,猎物或有或无,于是有了“有”与“无”两个概念。连续几天“无”兽可捕,就没有肉吃了,“有”、“无”的概念便逐渐加深。
大约在1万年以前,冰河退却了。一些从事游牧的石器时代的狩猎者在中东的山区内,开始了一种新的生活方式──农耕生活。
他们碰到了怎样的记录日期、季节,怎样计算收藏谷物数、种子数等问题。特别是在尼罗河谷、底格里斯河与幼发拉底河流域发展起更复杂的农业社会时,他们还碰到交纳租税的问题。
这就要求数有名称。而且计数必须更准确些,只有“一”、“二”、“三”、“多”,已远远不够用了。
底格里斯河与幼发拉底河之间及两河周围,叫做美索不达米亚,那儿产生过一种文化,与埃及文化一样,也是世界上最古老的文化之一。美索不达米亚人和埃及人虽然相距很远。
但却以同样的方式建立了最早的书写自然数的系统──在树木或者石头上刻痕划印来记录流逝的日子。尽管数的形状不同,但又有共同之处,他们都是用单划表示“一”。
后来(特别是以村寨定居后),他们逐渐以符号代替刻痕,即用1个符号表示1件东西,2个符号表示2件东西,依此类推,这种记数方法延续了很久。
大约在5000年以前,埃及的祭司已在一种用芦苇制成的草纸上书写数的符号,而美索不达米亚的祭司则是写在松软的泥板上。
他们除了仍用单划表示“-”以外,还用其它符号表示“+”或者更大的自然数;他们重复地使用这些单划和符号,以表示所需要的数字。
公元前1500年,南美洲秘鲁印加族(印第安人的一部分)习惯于“结绳记数”──每收进一捆庄稼,就在绳子上打个结,用结的多少来记录收成。
“结”与痕有一样的作用,也是用来表示自然数的。根据我国古书《易经》的记载,上古时期的中国人也是“结绳而治”,就是用在绳上打结的办法来记事表数。
后来又改为“书契”,即用刀在竹片或木头上刻痕记数.用一划代表“一”。直到今天,我们中国人还常用“正”字来记数.每一划代表“一”。
扩展资料:
数学发展史:
数学的发展史大致可以分为四个时期。第一时期是数学形成时期,第二时期是常量数学时期等。其研究成果有李氏恒定式、华氏定理、苏氏锥面。
第一时期:数学形成时期,这是人类建立最基本的数学概念的时期。人类从数数开始逐渐建立了自然数的概念,简单的计算法,并认识了最基本最简单的几何形式,算术与几何还没有分开。
第二时期:初等数学,即常量数学时期。这个时期的基本的、最简单的成果构成中学数学的主要内容。
这个时期从公元前5世纪开始,也许更早一些,直到17世纪,大约持续了两千年。这个时期逐渐形成了初等数学的主要分支:算数、几何、代数。
第三时期:变量数学时期。变量数学产生于17世纪,大体上经历了两个决定性的重大步骤:第一步是解析几何的产生;第二步是微积分(Calculus),即高等数学中研究函数的微分。
积分以及有关概念和应用的数学分支。它是数学的一个基础学科。内容主要包括极限、微分学、积分学、方程及其应用。微分学包括求导数的运算,是一套关于变化率的理论。
它使得函数、速度、加速度和曲线的斜率等均可用一套通用的符号进行讨论。积分学,包括求积分的运算,为定义和计算面积、体积等提供一套通用的方法。
第四时期:现代数学。现代数学时期,大致从19世纪初开始。数学发展的现代阶段的开端,以其所有的基础--------代数、几何、分析中的深刻变化为特征。
阿拉伯数字起源于印度,但却是经由阿拉伯人传向四方的,这就是后来人们误解阿拉伯数字是阿拉伯人发明的原因。正因阿拉伯人的传播,成为该种数字最终被国际通用的关键节点。
所以人们称其为“阿拉伯数字”。阿拉伯数字由0,1,2,3,4,5,6,7,8,9共10个计数符号组成。由于它们书写方便,一直被沿用至今。 (三)数的衍生 发展到阿拉伯数字为止。
我们发现这些数全都是自然数。但随着生产、生活的需要,人们发现,仅仅能表示自然数是远远不行的。如果分配猎获物时,5个人分4件东西,每个人人该得多少呢?于是分数就产生了。
中国对分数的研究比欧洲早1400多年,自然数、分数和零,通称为算术数。自然数也称为正整数。随着社会的发展,人们又发现很多数量具有相反的意义。
比如增加和减少、前进和后退、上升和下降、向东和向西。为了表示这样的量,又产生了负数。正整数、负整数和零,统称为整数。如果再加上正分数和负分数,就统称为有理数。
后来,又有学者发现了一些无法用有理数表示的数。有这样一个故事:一个叫希帕索斯的学生画了一个边长为1的正方形。设对角线为x,根据勾股定理x^2=1^2+1^2=2,可见对角线是存在的。
可它是多事呢?又该怎样表示它呢? 希帕索斯等人百思不得其解,最后认定这是一个从未见过的新数。寝室,这就是后来人们发现的“无理数”,这些数无法用准确的数字表示出来。
它们是无限不循环小数,所以用根号“ ”来表示。无理数和有理数统称为实数。除了实数以外, 后来人们又发现了虚数和复数。
百度百科-数
细说分数
分数,这词包括很多方面,例如1. 规定人数,分任职务;2. 指区分部署;3. 数量;程度;4. 指比例;5. 评定成绩或胜负时所记分的数目;7. 法度;规范;8. 犹天命,天数等。不同的读音代表不同的意思。但我们通常看见这字眼都会都认为是数学方面。
这样我们就说一下分数在数学的历史,作用,概念吧!!!
1.概念
分数,不同于百分数,但可以相互转化!一个物体、一些物体等都可以看做一个整体,把这个整体平均分成若干等份,这样的一份或几份都可以用分数来表示,而一个整体可以用自然数1来表示,通常把它叫做整体“1”,把整体“1”平均分成若干份,表示这样的一份或几份的数叫做分数。分母表示把一个物体平均分成几份,分子是表示这样几份的数。把1平均分成分母份,表示这样的分子份。注:分子在上分母在下,也可以把它当做除法来看,用分子除以分母,相反除法也可以改为用分数表示。
分数的标准书面表达方式:分别分母和分子组成;分子在上,分子在下,并又一条横线
1
间隔,名叫分数线。例:—。读作二分之一。
2
同理,小数可以化作分数,整数也可以化作分数,但分母不能为零(该数等于零)。一个最简分数的分母中只有2和5两个质因数就能化成有限小数;如果最简分数的分母中只含有2和5以外的质因数那么就能化成纯循环小数;如果最简分数的分母中既含有2或5两个质因数也含有2和5以外的质因数那么就能化成混循环小数。(注:如果不是一个最简分数就要先化成最简分数再判断;分母是2或5的最简分数一定能化成有限小数,分母是其他质数的最简分数一定能化成纯循环小数)
2.作用
整数(正负整数)在度量或均分时不能得到整数结果或小数不能约尽,我们就采用分数。我们可以对分数进行双加或双减(先约分),双成或双除,乘方或根方。
具有显示比例的作用,说明一样或多样事物在同一区域或容量中的比例和大少。
分数一般分成:真分数,假分数,带分数,百分数等;或分成正分数和负分数。
分数的作用无穷多,生活中每时每刻都需要它。
3.历史
分数在我们中国很早就有了,最初分数的表现形式跟现在不一样。后来,印度出现了和我国相似的分数表示法。再往后,阿拉伯人发明了分数线,分数的表示法就成为现在这样了。 200多年前,瑞士数学家欧拉,在《通用算术》一书中说,要想把7米长的一根绳子分成三等份是不可能的,因为找不到一个合适的数来表示它.如果我们把它分成三等份,每份是7/3米.像7/3就是一种新的数,我们把它叫做分数。
名称起源
为什么叫它分数呢?分数这个名称直观而生动地表示这种数的特征。例如,一只西瓜四个人平均分,不把它分成相等的四块行吗?从这个例子就可以看出,分数是度量和数学本身的需要--除法运算的需要而产生的。
算筹是中国古代的计算工具,真正意义上的中国古代数学体系形成于自西汉至南北朝的三、四百年期间。《算数书》成书于西汉初年,是传世的中国最早的数学专著,它是1984年由考古学家在湖北江陵张家山出土的汉代竹简中发现的。《周髀算经》编纂于西汉末年,它虽然是一本关于“盖天说”的天文学著作,但是包括两项数学成就——(1)勾股定理的特例或普遍形式(“若求邪至日者,以日下为句,日高为股,句股各自乘,并而开方除之,得邪至日。”——这是中国最早关于勾股定理的书面记载);(2)测太阳高或远的“陈子测日法”。
《九章算术》在中国古代数学发展过程中占有非常重要的地位。它经过许多人整理而成,大约成书于东汉时期。全书共收集了246个数学问题并且提供其解法,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,《九章算术》在世界数学史上最早提出负数概念及正负数加减法法则;现在中学讲授的线性方程组的解法和《九章算术》介绍的方法大体相同。注重实际应用是《九章算术》的一个显著特点。该书的一些知识还传播至印度和阿拉伯,甚至经过这些地区远至欧洲。
九章算术》标志以筹算为基础的中国古代数学体系的正式形成。
中国古代数学在三国及两晋时期侧重于理论研究,其中以赵爽与刘徽为主要代表人物。
赵爽学术成就体现于对《周髀算经》的阐释。在《勾股圆方图注》中,他还用几何方法证明了勾股定理,其实这已经体现“割补原理”的方法。用几何方法求解二次方程也是赵爽对中国古代数学的一大贡献。三国时期魏人刘徽则注释了《九章算术》,其著作《九章算术注》不仅对《九章算术》的方法、公式和定理进行一般的解释和推导,而且系统地阐述了中国传统数学的理论体系与数学原理,并且多有创造。其发明的“割圆术”(圆内接正多边形面积无限逼近圆面积),为圆周率的计算奠定了基础,同时刘徽还算出圆周率的近似值——“3927/1250(3.1416)”。他设计的“牟合方盖”的几何模型为后人寻求球体积公式打下重要基础。在研究多面体体积过程中,刘徽运用极限方法证明了“阳马术”。另外,《海岛算经》也是刘徽编撰的一部数学论著。
南北朝是中国古代数学的蓬勃发展时期,计有《孙子算经》、《夏侯阳算经》、《张丘建算经》等算学著作问世。
祖冲之、祖暅父子的工作在这一时期最具代表性。他们着重进行数学思维和数学推理,在前人刘徽《九章算术注》的基础上前进了一步。根据史料记载,其著作《缀术》(已失传)取得如下成就:①圆周率精确到小数点后第六位,得到3.1415926<π<3.1415927,并求得π的约率为22/7,密率为355/113,其中密率是分子分母在1000以内的最佳值;欧洲直到16世纪德国人鄂图(Otto)和荷兰人安托尼兹(Anthonisz)才得出同样结果。②祖暅在刘徽工作的基础上推导出球体体积公式,并提出二立体等高处截面积相等则二体体积相等(“幂势既同则积不容异”)定理;欧洲17世纪意大利数学家卡瓦列利(Cavalieri)才提出同一定理……祖氏父子同时在天文学上也有一定贡献。
隋唐时期的主要成就在于建立中国数学教育制度,这大概主要与国子监设立算学馆及科举制度有关。在当时的算学馆《算经十书》成为专用教材对学生讲授。《算经十书》收集了《周髀算经》、《九章算术》、《海岛算经》等10部数学著作。所以当时的数学教育制度对继承古代数学经典是有积极意义的。
公元600年,隋代刘焯在制订《皇极历》时,在世界上最早提出了等间距二次内插公式;唐代僧一行在其《大衍历》中将其发展为不等间距二次内插公式。
从公元11世纪到14世纪的宋、元时期,是以筹算为主要内容的中国古代数学的鼎盛时期,其表现是这一时期涌现许多杰出的数学家和数学著作。中国古代数学以宋、元数学为最高境界。在世界范围内宋、元数学也几乎是与阿拉伯数学一道居于领先集团的。
贾宪在《黄帝九章算法细草》中提出开任意高次幂的“增乘开方法”,同样的方法至1819年才由英国人霍纳发现;贾宪的二项式定理系数表与17世纪欧洲出现的“巴斯加三角”是类似的。遗憾的是贾宪的《黄帝九章算法细草》书稿已佚。 秦九韶是南宋时期杰出的数学家。1247年,他在《数书九章》中将“增乘开方法”加以推广,论述了高次方程的数值解法,并且例举20多个取材于实践的高次方程的解法(最高为十次方程)。16世纪意大利人菲尔洛才提出三次方程的解法。另外,秦九韶还对一次同余式理论进行过研究。
李冶于1248年发表《测圆海镜》,该书是首部系统论述“天元术”(一元高次方程)的著作,在数学史上具有里程碑意义。尤其难得的是,在此书的序言中,李冶公开批判轻视科学实践活动,将数学贬为“贱技”、“玩物”等长期存在的士风谬论。
公元1261年,南宋杨辉(生卒年代不详)在《详解九章算法》中用“垛积术”求出几类高阶等差级数之和。公元1274年他在《乘除通变本末》中还叙述了“九归捷法”,介绍了筹算乘除的各种运算法。公元1280年,元代王恂、郭守敬等制订《授时历》时,列出了三次差的内插公式。郭守敬还运用几何方法求出相当于现在球面三角的两个公式。
公元1303年,元代朱世杰(生卒年代不详)著《四元玉鉴》,他把“天元术”推广为“四元术”(四元高次联立方程),并提出消元的解法,欧洲到公元1775年法国人别朱(Bezout)才提出同样的解法。朱世杰还对各有限项级数求和问题进行了研究,在此基础上得出了高次差的内插公式,欧洲到公元1670年英国人格里高利(Gregory)和公元1676一1678年间牛顿(Newton)才提出内插法的一般公式。
14世纪中、后叶明王朝建立以后,统治者奉行以八股文为特征的科举制度,在国家科举考试中大幅度消减数学内容,于是自此中国古代数学便开始呈现全面衰退之势。
明代珠算开始普及于中国。1592年程大位编撰的《直指算法统宗》是一部集珠算理论之大成的著作。但是有人认为,珠算的普及是抑制建立在筹算基础之上的中国古代数学进一步发展的主要原因之一。
由于演算天文历法的需要,自16世纪末开始,来华的西方传教士便将西方一些数学知识传入中国。数学家徐光启向意大利传教士利马窦学习西方数学知识,而且他们还合译了《几何原本》的前6卷(1607年完成)。徐光启应用西方的逻辑推理方法论证了中国的勾股测望术,因此而撰写了《测量异同》和《勾股义》两篇著作。邓玉函编译的《大测》〔2卷〕、《割圆八线表》〔6卷〕和罗雅谷的《测量全义》〔10卷〕是介绍西方三角学的著作。
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