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“算经十书”数学思想简论-5151doc

“算经十书”数学思想简论
作者:未知 文章来源:网络 点击数: 更新时间:2009-4-15

摘要:探索和追求精益求精的计算方法和技巧,讲究明确的思想依据,着力于灵活和广泛的应用,是“算经十书”的数学思想精粹。其发展主线是沿着探索、完善和提高“推步”前进的。它把擅长计算的推算和证明的推类结合起来,形成独特的传统风格和手段。
关键词:算经十书,传统数学思想,新理解


Abstract: Exploring and striving for the constantly improving methods and techniques of calculation, stressing the explicit thinking basis, and concentrating on its flexible and wide application is the pith of the mathematic ideas of Suanjingshishu, the thread of which is advancing along the exploration, improvement and development of tuibu (the science of calculating the astronomic calendar). It combines calculation with analogy, and thus, forms its unique traditional style and method.

Key Words: Suan Jing Shi Shu, Traditional Mathematical Thinking, new understanding

在世界科学史中,中国传统数学是一颗灿烂的明珠。在中国传统数学中,“算经十书”是典型的代表。所谓“算经十书”,指的是中国十部古算书:《周髀算经》、《九章算术》、《孙子算经》、《五曹算经》、《夏侯阳算经》、《张丘建算经》、《海岛算经》、《五经算术》、《缀术》(元丰年间已失传,后来以《数术记遗》代之)、《缉古算经》。唐代时期,国子监内设算学馆,置有博士、助教,指导学生学习数学,规定这十部书为课本。许多人为这十部算书作注释,作增补删改,历代华夏子孙学习它,研究它,中国数学也因它而形成自身的传统并将此传统继承和发扬。“算经十书”就其内容来说,属于初等数学;就其数学思想和数学方法来说,则是十分高深的。下面,我们阐述其数学思想。
1. 探索和追求精益求精的计算方法和技巧
就数学内容而言,“算经十书”以善于计算而见长,并且这一长足的发展还被推进到让世界其他各国都望尘莫及的地步,这已是中外中算史家的共识。“算经十书”能如此辉煌耀目,是跟它着力探索和追求精益求精的计算方法和技巧分不开的。
“算经十书”中最早的一种《周髀算经》,其第一章叙述了西周开国时期(约公元前1100年)周公与商高的一段问答。从这段问答中,我们可以见到我国早期数学思想的一些初步端倪。当周公问商高“夫天不可阶而升,地不可得尺寸而度。请问数安从出?”时,商高答道:“数之法出于圆方,圆出于方,方出于矩。矩出于九九八十一。”接着,商高还说:“故折矩以为句广三,股脩四,径隅五。既方其外,半之一矩,环而共盘,得三、四、五。两矩共长二十有五,是谓积矩。故禹之所以治天下者,此数之所由生也。”这里,我们可以清新地见到,我们祖先在早期“定天下”、“治天下”时,已经看到了数学的重要性(如大禹、周公);而掌握到一些数学知识的人(如高商),是注意数学思想和数学方法的。比如,我们从上述商高答问中,就可以看到,古人理解“数之所由生”,是将形与量结合起来考察的。圆和方都是形,而形是有数量关系的,从考察形可以探讨到“数之法”,但这形中又包含着丰富的数量关系,特别是平方关系(九九八十一)。数之法是从圆形和方形开始的。圆是内接正多边形经过无数次的倍边之后所得到的正多边形的极限(我国最早的极限思想,是不是来自于这种“圆出于方”的观念,希望读者引起注意)。矩是木匠用的曲尺,形如L,方中的直角,非矩不能作,所以说方出于矩。矩形的面积又不外于二数相乘,也就是说,要算出来。我国古代算法好凭口诀,而乘法口诀是从“九九八十一”起的,古人用“九九”作为乘法口诀的简称,故有“矩出于九九八十一”。这里所包含的用数的性质来研究形的性质的思想,与古希腊的数学思想旨趣相映。古希腊的毕达哥拉斯定理:a2+b2=c2 。而当a=b=1时,则
c= ,这 既不是自然数,也不是自然数之比,所以不能是可接受的正常的数,被称为无理数,导致了第一次数学危机,从此古希腊数学发展的方向产生了大改变,“几何化”占了主导地位。[1]商高提出了著名的“句三股四弦五”这个勾股定理(也称勾股弦定理、商高定理),是从“折矩”而来然后得“积矩”的,3,4,5及其平方的关系可以体现出勾股定理,但中国并没有由此而产生数学危机,也没有发生发展方向的大改变,反而为“几何代数化”[2]这个中国传统数学发展主导方向奠定了很好的基础。中国早期讲究以算的方法去解决实际数学问题,是“数之所由生”的重要思想。
在古代,不管是西方国家或中国,数学的发展都跟勾股定理结下不解之缘,这不是偶然的历史巧合,而是不同渊源和发展脉络的科学认识的一种必然交汇,其原因是由人们的实践活动决定的。作为人类早期的数学研究活动,很自然地会碰到考察形的性质及数量关系,直角三角形成为关注的对象是在情理之中。正如赵爽所说的,早期先人们(如大禹)能掌握有关的数学知识是“乃勾股之所由生也”。但不同民族的不同思维方式会导致数学发展的不同朝向,至少在初等数学领域内是存在的。古希腊在数、形简单和谐的观念被打破之后发生大转向,从重算发展到重证,发展到重视几何证明,往后的趋势就是有了这种发展趋势和成果的集大成标志——欧氏几何的产生,它是西方国家初等数学体系确立的标志,而中国此时并不发生方向的大改变,而是沿着算的道路继续前进,往广度和深度上延伸发展,导致的是中国传统数学体系的形成——《九章算术》的出现。《九章算术》中有许多具有世界意义的成就,如负数计算、分数计算、联立一次方程解法等,正是沿着探索计算的方法和技巧前进的结果。可贵的是,我们的祖先在此数学思想的指导之下,并不以原有的结果为满足,没有停留在原有的水平上裹足不进,而是精益求精地深入下去。如《九章算术》246道题,有解题方法202“术”,在当时有如此辉煌成绩已难能可贵,但三国魏晋时期的刘徽,就在《九章算术》的基础上,仔细作注,不但为《九章》提供了系统的理论依据,而且大力向前推进,提出了许多创见,将探讨和讲究精益求精的计算方法和技巧这种数学思想,提到一个更高的水平,并对后世的发展带来了深刻的实际影响,如他发现的割圆术,为后来祖冲之求得更精确的π值奠定了基础,唐李淳风注《九章算术》时说:“刘徽特以为疏,遂乃改张其率,但周径相乘数难契合。祖冲之以其不精,就中更推其数。”刘徽本人告诫人们他所得到的“徽率”太小,后人也正是沿着刘徽的思想方法再继续前进,将π值愈推愈精确。在求积问题上,刘徽也有突破,他提出了推求球体积的著名的“牟合方盖”理论,之后,祖暅在刘

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