bc是什么意思(中国数学起源)

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1.数字,计数单位和位值

bc是什么意思(中国数学起源)

商代(1500BC~1000BC)甲骨文表明,当时已有比较完整的字系统。从1到10的每个整数,以及100,1000,10000,都有相应的符号表示:在甲骨文中,最大的数是三万。人们能表示三万以内的任何自然数。甲骨文中的数字,大部分联系着实物,如五十犬,三十羊,可见中国古代的数字明显的来源于生产实践。此外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。

商代数学中,十进制已相当完善了。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记作一个三,连续的两个五,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,而所谓的古罗马计数,355就要记载成CCCLV。只是这种位值计数应用不多,还未形成系统的制度。

除十进制外,中国还有十二进制和六十进制,具体使用在“天干地支”记数法里,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。地支就是十二进制,也是使用在时间计算里面,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。所谓的苏美尔文明就有抄袭这种六十进制的味道,但他们说不出来历,还有现在的计时方法,也都是来源于这种地支计时。

2.几何概念与定义的表达

《墨经》中就有相当多的几何定义如:(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。此外,《墨经》中还有一些逻辑概念,也是进一步逻辑发展的雏形。“小故,有之不必然,无之必不然。大故,有之必然。”很明显,大故是“充分条件”而小故则是“必要条件。”大故和小故即充分条件和必要条件的区分,在哲学史和数学史上都是十分重要的事件。如果抛开西方伪史,那这就是最早的逻辑思维方式。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:用线段去量一个区域,若能达到距边缘不足一线的程度,叫有穷;若永远达不到这种程度,叫无穷。

4.有限与无限的概念

《庄子》“至大无外,谓之大一;至小无内,谓之小一”的观点。其中“大一”、“小一”可理解为无穷大,无穷小。这段话的意思是:大到没有外部,称为无穷大;小到没有内部,称为无穷小。书中“一尺之棰,日取其半,万世不竭”的著名命题,可以看作是对“小一”即无穷小的发挥。一尺长的木棒,第一天取它的一半,第二天取剩下那一半的一半,如此不断地取下去,可以到无穷小。《墨经》中则反对物质的无限可分。他们认为,如果把一条线段不断分下去,剩余部分小到不能再分为两半,就是端。这个端在线段中间而不在边缘。这就是《墨经》所云“前则中无为半,犹端也;前后取,则端中也”。很明显,这种思想与近代极限理论是相符的。数学分析中用区间套来限定数轴上一个实数点的方法与此类似。所以,我们可以把这种分割思想看作区间套原理的雏型,其中蕴含着“点是线段无限分割之极限”的思想。

5.组合的概念

春秋时期成书的《易经》含有组合数学的萌芽。《易经》是中国最古老的书籍之一,书中通过阴阳卦爻预言吉凶。“--”是阳爻,“--”是阴爻,合称“两仪”。每次取两个,按不同顺序排列,生成“四象”。每次取三个,生成八卦,每次取六个,则生成六十四卦。四象、人卦与六十四卦的排列,相当于组合数学中的有重排列:从n种元素中每次取r个,共有n^r种排列法.例如,在两种卦爻中每次取3个,共有2^3=8种排列,这就是八卦。实际上,若把“--”和“--”两种卦爻用1和0代替,八卦就可表示为:000(坤) 001(震) 010(坎) 011(兑)100(艮) 101(离) 110(巽) 111(乾),而八卦互相组合,就可以形成64卦,比如既济(上坎下离)010101,所以说周易八卦已经具有了二进制的雏形。

6.先进的算法和计算工具

春秋战国时代,“九九歌”(乘法口诀表)已是家喻户晓的常识了,《管子》等书中便记载着九九歌诀,顺序与今不同,是从“九九八十一”起,到“一一如一”止。算筹即用于计算的小竹棍(也有木质、骨质或金属材料的算筹),它是中国人创造的计算工具.春秋战国时代,算筹的使用已相当普遍,书中多有记载,如“孟子持筹而算之”(《十发》),“善计者不用筹策”(《老子》),等等。1954年在长沙的一座战国楚墓中挖出一个竹筒,内装竹棍40根,长短一致,约12厘米,是为算筹之实物。

用筹进行计算称为筹算。据文献记载,筹式有纵横两种:算筹的摆法是纵横相间,从右到左:个位为纵,十位为横,百位为纵,千位为横……,遇零则空位。筹算加减法与今珠算类似,从左到右逐位相加或相减即可。筹算乘除法的步骤稍微复杂一些。二数相乘时,先用筹摆一数于上,一数于下,并使下数的末位和上数首位对齐,按从左到右的顺序用上数首位乘下数各位,把乘得的积摆在上下二数中间,然后将上数的首位去掉、下数向右移动一位,再以上数第二位乘下数各位,加入中间的乘积,并去掉上数第二位。直到上数各位用完,中间的数便是结果。筹算除法也分三层,上层是商;中层是被除数,叫实;下层是除数,叫法。此外,算筹还创造性的以红黑两色代表正负,从而是中国率先可以进行正负数的计算。

算筹在中国数学史上占有非常重要的地位,在长达一千多年的时间里,算筹一直是中国的主要计算工具,直到秦汉时代才逐渐开始被珠算所代替。所谓的古埃及算法,其实就是照搬算筹算法,无非做了一些改动,但没有领悟精神,所以很不实用,也无法计算分数小数除法,所谓古罗马算法也是一样,都有明显的算筹计算的影子,至于算盘,更是中国独创,在汉朝时期就有了记载,算盘的算法来源于算筹,只不过以珠代筹,并且创造性的设立了上位珠,一珠代五。有兴趣的可以自己去看看,非常明显,发展的脉络和调理十分清晰。算盘就可以取代算筹,而古罗马的不知真假的所谓沟算盘,充其量只能计数,计算过程依然要依靠竖式计算,从严格意义上不能称为算盘。就好像莎草纸并不是纸一样。

7.先进的绘图工具和测量单位

规、矩是两种测绘工具。规即圆规,矩是直角拐尺,用来画直线形。商代甲骨文中已有规和矩的象形字,所以它们最迟在商代已经出现。春秋战国时期,这两种工具被普遍用于测量和几何作图。此外,汉朝就有类似今天游标卡尺的测量工具,而且中国很早就统一了度量衡,仞丈尺寸厘毫分这样一套完整的由大到小的测量单位,而且比例固定统一,使得标准化绘图成为可能,比例的概念则源于周髀算经。而同时代以及中世纪西方则以肘尺腕尺这些以身体长度为单元,彼此之间换算关系不固定的几何单位,根本就不可能进行精确的测量和绘图,又如何能横空出世的发展几何原本呢?

8.早期严谨的计算公式和总结

《周髀》是西汉初期的一部天文、数学著作。髀是量日影的标杆(亦称表),因书中记载了不少周代的天文知识,故名《周髀》。唐初凤选定数学课本时,取名《周髀算经》。在中国,《周髀算经》是第一部记载勾股定理的书,在书中,这个公式是用来计算进行天文测算的。该书云:“求邪(斜)至日者,以日下为勾,日高为股,勾股各自乘,并而开方除之。”而且中国后期的航海牵星术,依然使用的是勾股定理,如果西方人也发现了这个定理,为啥从不见他们具体运用呢?在没有中国航海牵星术传播之前,他们连跨越地中海都十分困难。更别说远涉大洋,元末罗马教宗使团,最后还是快要完蛋的元朝用海船送回去的,你说中国古代咋可能没去过地中海,当然,扯远了。

《周髀算经》中的“七衡”涉及等差数列。七衡是七个等距离的圆,书中给出计算各圆径的一般法则:“欲知次衡径,倍而增内衡之径。二之以增内衡径,得三衡径。次衡放(仿)此。”这相当于给出通项公式 Dn=D1+(n-1)·2d,其中d为相邻两圆间的距离。

所谓内插法,是已知若干自变量所对应的函数值,求这些自变量之间其他自变量对应的函数值的一种方法,古代常用来推算日、月、五星(即金星、木星、水星、火星、土星)的行度,为制订历法服务。内插分两种---等间距内插和不等间距内插。等间距指的是自变量的间距相等。设自变量x,等间距h,函数关系为f,若函数值之差 f(x+nh)-f(x+(n-1)h)(即一次差,其中n=1,2,…)为一不等于0的常数,则用一次内插法;若这些函数值之差的差(即二次差)为一不等于0的常数,则用二次内插法,依此类推。用现代数学的观点来看,n次内插法反映的是n次函数关系。

《周髀算经》中的内插法是最简单的等间距一次内插法。已经测得二十四节气中冬至、夏至的日影长,推算其他节气的日影长。已知函数f(x)在自变量是x1,x2,……xn时的对应值是f(x1)。f(x2),……f(xn),求xi和xi+1之间的函数值的方法,称作内插法。如果xn是按等距离变化的,称自变数等间距内插法;如果xn是接不等距离变化的,称自变数不等间距内插法。例如f(x)=x³,当x=1,2,3,4,5,……时x³=1,8,27,64,125,……求x=4.26时x³=(4.26)的值,就可以应用等间距内插公式。等间距内插法的一般公式是:从n级差分的定义容易得到,当f(x)是一次函数时,二级差分是0;f(x)是二次函数时,三级差分是0;f(x)是n次函数时,n+ 1级差分是0。

我国古代历法工作者,为了制定一个好的历法,很早就应用内插法的公式. 朔、望跟制定历法和计算日、月食有密切关系。怎样确定合朔的准确时刻,一直是历法中一个重要的项目。根据一个朔望月的平均日数来确定会朔时刻,叫做'平朔'。

早在东汉时期,刘洪《乾象历》就使用了一次内插公式来计算月行度数。刘洪测出月球在一个近点月(月球从近地点出发绕地球运行一周又回到近地点的时间间隔)里每日运行的度数。设日数是n,n日共行的度数是f(n),对n+s(s<1)日月球运行的度数,刘洪应用下列一次内插公式f(n+s)=f(n)+s△,进行计算,其中△是一级差分f(n+1)-f(n)。刘洪以后,三国时期的杨伟,南北朝时期的何承天、祖冲之都是用这个公式计算月行度数的。中国隋唐时期,由于历法的需要,天算学家创立了二次函数的内插法,丰富了中国古代数学的内容。唐初王孝通的《缉古算经》,王孝通在不用数学符号的情况下,立出数字三次方程,不仅解决了当时社会的需要,也为后来天元术的建立打下基础。此外,对传统的勾股形解法,王孝通也是用数字三次方程解决的。《授时历》把冬至到春分(共88.91 日)这一象限分成六段,测出每段太阳的实际运行度数,就可以算出以段为等间距的差分表。从表中知道,三级差分都相等而四级差分等于0,因此考虑f(t)=d+at+bt2+ct2。实际上,f(0)=0(第0段的运行度数是0),可见d=0.所以 f(t)=at+bt2+ct3。这样就可以变三次函数为二次函数。用二次内插公式便可以算出F(t)的具体表达式,从而得到 f(t)=tF(t)=513.32t-2.46t2-0.0031t3。 令t=0,1,2,3,按差分的定义便可以求出f(0),△1,△2,△3(△4=0),继续按差分定义,用加减法就可以得出以日为等间距的差分表。郭守敬主持编定《授时历》,一年的周期与现行公历基本相同,但问世比现行公历早300年。

9.完善的学校教育

唐初封建统治者继承隋制,656年在国子监设立算学馆,设有算学博士和助教,学生30人。由太史令李淳风等编纂注释《算经十书》,作为算学馆学生用的课本,明算科考试亦以这些算书为准。李淳风等编纂的《算经十书》,对保存数学经典著作、为数学研究提供文献资料方面是很有意义的。他们给《周髀算经》、《九章算术》以及《海岛算经》所作的注解,对读者是有帮助的。

所以,中国古代数学才是现代数学的根基,而且具有明显的技术发展成熟的线路,合情合理,一步步逐步发展成一个相对完备体系,而且中国古代数学始终体现在来源于实践又运用于实践,检验之后再修正,天文历法的内插法就很典型,所以写的多了点。而且中国古代数学,传承脉络很清晰,周髀,九章,不断的有人研究注解。再反观西方所谓的古代数学,完全就是割裂式的突然出现,突然消失,看不到来源,看不到运用,欧几里得的几何之前,没有人有这种思想和专著,欧几里得的几何之后,又是彻底失传,完全不符合客观发展规律,而且古希腊古罗马,也没有完善的计数单位,位值进制,制图工具和测量单位,凭什么发现复杂的数学原理公式和证明呢?古罗马的竖式除法,只能进行整数的计算(大家有兴趣可以看看我在前面算盘的历史里面的描述),根本就没有可能满足他们所谓无理数的发现和计算。芝诺的飞矢不动明显的抄袭痕迹,在基本不用弓箭的环境,何来飞矢。

细细复习古希腊古罗马数学史,就会发现很多的漏洞,再比对中国古代数学史,谁才是自然生长出现,谁是抄袭托名堆砌,一目了然,除非视而不见。所以,现代数学的基础是也只能是中国古代数学,当然换了些符号,有些人就不认帐了,那怎么行。

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