数学史第八节课剖析.ppt

中外数学发展史 中国数学的起源与早期发展 一、中国数学的起源 约6000年前的西安半坡遗址中，有的陶器上有整齐排列的点子，数目由一到九(图4．1)，这说明人们已认识了“九”． 简单几何图形的出现，是数学起源的另一标志．半坡出土的陶器上，有圆、三角形、长方形、菱形等各种几何图形．圆柱形陶纺轮的烧制，表明人们有了圆柱的观念；而造型精致的空心陶球，则说明人们已掌握一些关于球的知识．这些都是萌芽状态中的几何．我们从某些陶器的图案中，可以推测菱形产生的有趣过程，它体现了由具体到抽象的认识规律(图4．2)． 数概念产生之后，原始记数法便随之出现了．《易经》上说：“上古结绳而治，后世圣人易之以书契．”三国时吴人虞翮在《易九家义》中也说：“事大，大结其绳；事小，小结其绳，结之多少，随物众寡．”这些记载表明，结绳记数是原始社会普遍使用的一种记数方法．刻划记数是比结绳记数进步的一种记数法，也产生于原始社会．人们在竹、木或骨片上面刻出一个个小口，表示一定的数目，这大概就是《易经》所说的契．例如1975年在青海乐都出土的原始社会末期遗物中，有40件带有三角形小口的骨片(图4．3)，这些小口便是用来记数的． 中国最早的数字出现于原始陶器，可称之为陶文．例如，半坡出土的陶器上就有如下数字符号： 陕西姜寨出土的陶器(约6000年前)上也有类似的数字：很明显，这些数字都属十进制系统． 二、商周数学 大约4000年前夏朝的建立，标志着中国进入了奴隶社会．随着社会的发展，商代出现了比较成熟的文字---甲骨文，西周则演变为金文，即刻在青铜器上的铭文． 1．甲骨文中的数字 商代甲骨文表明，当时已有比较完整的数字系统．从1到10的每个整数，以及100，1000，10000，都有相应的符号表示： 十、百、千、万的倍数多用合文，例如10的倍数 在甲骨文中，最大的数是三万，写作 ．人们能表示三万以内的任何自然数(也许更多)，例如156写作 ．甲骨文中的数字，大部分联系着实物，如五十犬，三十羊．也有一些甲骨上的数字是独立出现的，人们曾在一片龟甲上发现了10以内的全部自然数，没有和实物连在一起，说明商代已经有了抽象的自然数概念． 2．记数和运算 商代数学中，十进制已相当完善了，这是中国人民的一项杰出创造，在世界数学史上有重要意义．著名的英国科学史家李约瑟(J．Needham，1900---1995)说：“如果没有这种十进制，就几乎不可能出现我们现在这个统一化的世界了．” 对甲骨文的研究表明，商朝人已经会做自然数的加、减法和简单乘法了，遗憾的是不知道他们的具体算法，因为甲骨文记录的只是运算结果，而没有运算过程． 周代记数法与商代相比，有个明显的进步，就是出现了位值记数．如20世纪70年代出土的一个中山国铜灯铭文中，355记作 ，末位的五表示个位五，而前一个五表示五十，两个五间没有用十隔开．这说明当时已有了位值的观念，只是应用不多，还未形成系统的制度． 3．干支纪年法 六十循环的“天干地支”记数法，是商代数学的又一个成就．这种方法主要用于历法，可称干支纪年法．天干有10个，即甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；地支有12个，即子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥．天干与地支相配，共得60个不同单位---以甲子开始，以癸亥告终．然后又是甲子，如此循环不断．中国农历至今还使用这种方法． 三、春秋战国时代的数学 春秋战国时代，中国正经历着由奴隶社会到封建社会的巨大变革，学术思想十分活跃．这一时期形成的诸子百家，对科学文化影响极大．数学园地更是生机盎然，朝气勃勃． 值得注意的是，人们在商代甲骨文和西周金文的基础上，逐渐懂得把字写在竹片(或木片)上，用绳子穿成册，这就是早期的书．写上字的竹片称为简，或竹简．春秋战国的大批数学成果，便是通过竹简流传下来的． 1．几何与逻辑 《墨经》中讨论的几何概念可以看作数学理论研究在中国的最初尝试．《墨经》是以墨翟di(约公元前490---前405)为首的墨家学派的著作，包括光学、力学、逻辑学、几何学等各方面问题．它试图把形式逻辑用于几何研究，这是该书的显著特色．在这一点上，它同欧几里得《几何原本》相似，一些几何定义也与《原本》中的定义等价．下面略举几例： (1)“平，同高也”---两线间高相等，叫平．这实际是平行线的定义． (2)“同长，以正相尽也”---如果两条线段重合，就叫同长． (3)“中，同长也”---到线段两端的距离相同的点叫中(点)． (4)“圆，一中同长也”---到一个中心距离相同的图形叫圆． 《墨经》中依次给出点、线、面等基本几何图形的定义，这些图形的名称分别为端、尺、区．在研究线的过程中，墨家明确给出“有穷”及“无穷”的定义：“或不容尺，有穷；莫不容尺，无穷也．”即