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中國數(shù)學(xué)發(fā)展簡史

來源:網(wǎng)絡(luò)來源 2009-08-30 12:36:02

[標(biāo)簽:數(shù)學(xué)]

 

  翻開任何一部中國數(shù)學(xué)發(fā)展史,你都不難發(fā)現(xiàn),祖先們每前進(jìn)一步,都伴隨著奮斗的汗水。
  
  (1)中國數(shù)學(xué)的起源(上古~西漢末期)
  
  古希臘學(xué)者畢達(dá)哥拉斯(約公元約前580~約前500年)有這樣一句名言:“凡物皆數(shù)”。的確,一個(gè)沒有數(shù)的世界是不堪設(shè)想的。
  
  今天,我們會不屑一顧從1數(shù)到10這樣的小事,然而上萬年以前,我們祖先為了這事可煞費(fèi)苦心了。在7000年以前,我們的祖先甚至連2以上的數(shù)字還數(shù)不上來,如果要問他們所捕的4只野獸是多少,他們會回答:“很多只”。如果當(dāng)時(shí)要有人能數(shù)到10,那一定會被認(rèn)為是杰出的天才了。后來人們慢慢地會把數(shù)字和雙手聯(lián)系在一起了。每只手各拿一件東西,就是2。數(shù)到3時(shí)又被難住了,于是把第3件東西放在腳邊,“難題”才得到解決。
  
  就這樣,在逐步摸索中,祖先從混混沌沌的世界中走出來了。
  
  先是結(jié)繩記數(shù),然后又發(fā)展到“書契”,五六千年前就會寫1~30的數(shù)字,到了2000多年前的春秋時(shí)代,祖先們不但能寫3000以上的數(shù)學(xué),還有了加法和乘法的意識。在金文周《※鼎》中有這樣一段話:“東宮迺曰:償※禾十秭,遺十秭為廾秭,來歲弗償,則付秭。”這段話包含著一個(gè)利滾利的問題。說的是,如果借了10捆粟子,晚點(diǎn)還,就從借時(shí)的10捆變成20捆。如果隔年才還,就得從借時(shí)的10捆漲到40捆。用數(shù)學(xué)式子表達(dá)即:
  
  10+10=20
  
  20×2=40
  
  除了在記數(shù)和算法上有了較大的進(jìn)步外,祖先還開始把一些數(shù)字知識記載在書上。春秋時(shí)代孔子(公元前551~前479)年修改過的古典書籍之一《周易》中,就出現(xiàn)了八卦。這神奇的八卦至今在中國和外國仍然是人們努力研究和對象,它在數(shù)學(xué)、天文、物理等多方面都發(fā)揮著不可低估和作用。
  
  到了戰(zhàn)國時(shí)期,祖先們的數(shù)學(xué)知識已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了會數(shù)1~3000的水平。這一階段他們在算術(shù)、幾何,甚至在現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)的領(lǐng)域,都開始了耕耘播種。算術(shù)領(lǐng)域,四則運(yùn)算在這一時(shí)期內(nèi)得到了確立,乘法中訣已經(jīng)在《管子》、《荀子》、《周逸書》等著作中零散出現(xiàn),分?jǐn)?shù)計(jì)算也開始被應(yīng)用于種植土地、分配糧食等方面。幾何領(lǐng)域,出現(xiàn)了勾股定理。代數(shù)領(lǐng)域,出現(xiàn)了負(fù)數(shù)概念的萌芽。最令后人驚異的是,在這一時(shí)期出現(xiàn)了“對策論”的萌芽,對策論是現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)領(lǐng)域的問題。它是運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)分支,主要是用數(shù)學(xué)方法來研究有利害沖突的雙方,在競爭性的活動中,是否存自己制勝對方的最優(yōu)策略,以及如何找出這些策略等問題。這一數(shù)學(xué)分支是在本世紀(jì)第二次世界大戰(zhàn)期間或以后,才作為一門學(xué)科形成的,可是早在2000多年前,戰(zhàn)國時(shí)期著名的軍事家孫臏(公元前360~前330年)就提出過“斗馬術(shù)”問題,而這一問題的內(nèi)容,正反映了對策論中爭取總體最優(yōu)的數(shù)學(xué)思想。“斗馬術(shù)”問題說的是,齊威王要和大將田忌賽馬,他們每人各有上、中、下等馬各1匹,田忌那3匹馬比起齊威王的來,都要略遜一籌,如果用同等級的對應(yīng)較量法,田忌必輸無疑,田忌為此急得不知如何是好。這時(shí),孫臏從旁點(diǎn)撥,田忌用了孫臏的辦法,以2:1取勝齊威王。孫臏用的是什么方法呢?請看下面的示意圖:
  
  田忌齊威王
  
  上等馬上等馬
  
  中等馬中等馬
  
  下等馬下等馬
  
  看到這,你不覺得我們的祖先實(shí)在是很聰明嗎?
  
  當(dāng)歷史推進(jìn)到秦漢時(shí)期,祖先們不再往骨頭上刻字了。他們把需要記的事都用毛筆寫在竹片上、木片上,這種寫了字的竹、木片被稱為“簡”或“牘”。這種簡或牘以西漢時(shí)期的流傳下來最多。
  
  從那些漢簡中,我們發(fā)現(xiàn),秦漢時(shí)期在算術(shù)方面乘除法算例明顯增多,還出現(xiàn)了多步乘除法和趨于完整的九九乘法中訣。在幾何方面,對于長方形面積的計(jì)算以及體積計(jì)算的知識也具備了。
  
  這個(gè)時(shí)期最值得一提的,要算是算籌和十進(jìn)位制系統(tǒng)了。有了它們,祖先們就不再為沒有合適的計(jì)算手段而發(fā)愁了。在我國古代,直到唐朝以前,一直用著這一套計(jì)算系統(tǒng)。
  
  算籌的確切起源時(shí)間至今還不清楚,只知道,大約在秦漢時(shí)期,算籌已經(jīng)形成制度了。要明白算籌是怎么回事,先得知道什么叫籌;I就是一些直徑1分、長6分的小棍兒,這些小棍兒的質(zhì)料有竹、木、骨、鐵、銅等。它們的功用同算盤珠相仿。目前,籌的實(shí)物已出土多批,1971年在陜西千陽縣出土的一座長方形男女合墓中發(fā)現(xiàn),那具男尸的胯部系著一個(gè)絲絹帶囊,囊內(nèi)裝有一把骨籌。1980年在石家莊南郊出土的一批早期骨籌,也是掛在死者的腰部。由引可見,算籌在漢代知識分子中已經(jīng)通用。關(guān)于如何使用籌,根據(jù)記載是這樣的:在計(jì)算時(shí),將籌擺于特制的案子上,或隨便擺放都可。對于5以下的數(shù)字,是幾就放幾根籌,而對6~9這4個(gè)數(shù)字,則需要用一根橫放或豎放的算籌當(dāng)5,余下的數(shù)則仍是有幾擺幾根算籌。
  
  為了計(jì)算方便,古人規(guī)定了縱橫表示法?v表示法用于個(gè)、百、萬位數(shù)字;橫表示法用于十、千位數(shù)字,遇到零時(shí),則空一位。
  
  十進(jìn)位制系統(tǒng),正是我們今天日常生活中常用的逢十進(jìn)一法。就是說,對正整數(shù)或正小數(shù)而言,以十為基礎(chǔ),逢十進(jìn)一,逢百進(jìn)二,逢千進(jìn)三等等。十進(jìn)位制系統(tǒng)的產(chǎn)生,為四則運(yùn)算的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。
  
 。2)中國數(shù)學(xué)的發(fā)展繁榮時(shí)期(西漢末期~隋朝中葉)
  
  這是中國數(shù)學(xué)理論的第一個(gè)高峰期。這個(gè)高峰的標(biāo)志就是數(shù)學(xué)專著《九章算術(shù)》的誕生。
  
  距今至少有1800年的《九章算術(shù)》,其作者是誰?由誰編篡?至今無從考證。史學(xué)家們只知道,它是我國秦漢時(shí)期一二百年的數(shù)學(xué)知識結(jié)晶,到公元1世紀(jì)時(shí)開始流傳使用。這本書全書共分為九章:
  
 、俜教铮ǚ?jǐn)?shù)四則算法和平面形求面積法)。
  
 、谒诿祝Z食交易的計(jì)算方法)。
  
 、鬯シ郑ǚ峙浔壤挠(jì)算方法)。
  
 、苌購V(開平方和開立方法)
  
 、萆坦ΓⅢw形求體積法)
  
  ⑥均輸(管理糧食運(yùn)輸均勻負(fù)擔(dān)的計(jì)算方法)。
  
  ⑦盈不足(盈虧類問題解法,也涉及能夠用這種解法處理的其他類型問題)。
  
 、喾匠蹋ㄒ淮畏匠探M解法和正負(fù)術(shù))。
  
 、峁垂桑ü垂啥ɡ淼膽(yīng)用和簡單的測量問題的解法)。
  
  全書收錄了246道數(shù)學(xué)應(yīng)用題,每道題都分為問、答、術(shù)(解法。有的一題一術(shù),有的一題多術(shù))三部分,而且每章的內(nèi)容都與社會生產(chǎn)有著密不可分的聯(lián)系。
  
  這本書的誕生,不僅說明我國古代完整的數(shù)學(xué)體系已經(jīng)形成,而且在世界上,當(dāng)時(shí)也很難找到另一本能同媲美的數(shù)學(xué)專著。
  
  在這一數(shù)學(xué)理論發(fā)展的高峰期,除了《九章算術(shù)》這部巨著之外,還出現(xiàn)了劉徽注的《九章算術(shù)》以及他撰寫的《海島算經(jīng)》、《孫子算經(jīng)》(作者不詳)、《夏侯陽算經(jīng)》、《張丘建算經(jīng)》和祖沖之的《綴術(shù)》等數(shù)學(xué)專著。這一時(shí)期,創(chuàng)造數(shù)學(xué)新成果的杰出人物是:三國人趙爽、魏晉人劉徽和南朝人祖沖之。
  
 。3)數(shù)學(xué)全盛時(shí)期(隋中葉~元后期)
  
  任何一個(gè)國家科學(xué)的發(fā)達(dá),都有離不開清平開明的社會環(huán)境和雄厚的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。從隋朝中葉到元代末年,由于統(tǒng)治者總結(jié)了歷代王朝傾覆的教訓(xùn),采取一系列開明政策,經(jīng)濟(jì)得到了迅速發(fā)展,科學(xué)技術(shù)也得到了很大提高,而作為科學(xué)技術(shù)一部分的數(shù)學(xué),也在此時(shí)進(jìn)入了它的全盛時(shí)期。
  
  在這一時(shí)期,數(shù)學(xué)教育的正規(guī)化和數(shù)學(xué)人才輩出,是最主要的特點(diǎn)。
  
  隋以前,學(xué)校里的教育并不重視數(shù)學(xué),因此,沒有數(shù)學(xué)專業(yè)一說。而到了隋朝,這一局面被打破了,在相當(dāng)于大學(xué)的學(xué)校里,開始設(shè)置算學(xué)專業(yè)。到了唐朝,最高學(xué)府國子監(jiān),還添設(shè)了算學(xué)館,其中博士、助教一應(yīng)俱全,專門培養(yǎng)數(shù)學(xué)人才。這時(shí),數(shù)學(xué)教育的受重視,還反映到了選官問題上。據(jù)古書《唐闕史》記載,有這么一個(gè)故事:唐代有個(gè)大官,名叫楊損。他讓手下的人推薦一個(gè)優(yōu)秀的辦事員加以提升。手下的人經(jīng)過千篩百選,最后剩下兩個(gè)人時(shí),拿不定去掉哪一位好。因?yàn)檫@兩個(gè)辦事員各方面的條件太一樣了:職位相同,“工齡”一樣,評語類似……選誰好呢?沒辦法,只好把矛盾上交了。楊損得知這個(gè)消息之后,也費(fèi)了不少心思,斟酌再三,最后決定出一道數(shù)學(xué)題來考考他們。他對這兩位候選人說:“作為辦事員,職業(yè)決定你們應(yīng)該有算得快的能力,我出一道題,誰先答對就提升誰。”后來,先答對的人,理所當(dāng)然地得到了升遷,而另一個(gè)人也心悅誠服地回到了原位。由此可見,唐代對數(shù)學(xué)的重視程度。
  
  有了數(shù)學(xué)專業(yè)。就少不了好教材。這個(gè)時(shí)期,有唐朝數(shù)學(xué)家李淳風(fēng)(?~公元714年)等人奉政府的命令,經(jīng)過研讀、篩選,規(guī)定出了國子監(jiān)算館專用教科書。這套教科書名叫《算經(jīng)十書》,全套共十部:《周髀算經(jīng)》、《九章算經(jīng)》、《孫子算經(jīng)》、《五曹算經(jīng)》、夏侯陽算經(jīng)》、《張丘建算經(jīng)》、《海島算經(jīng)》、《五經(jīng)算術(shù)》、《綴術(shù)》和《緝古算經(jīng)》。
  
  對這套專業(yè)教材,國子監(jiān)還規(guī)定了學(xué)習(xí)年限,建立了每月一考的制度。數(shù)學(xué)教育從這時(shí)開始走向逐步完善。
  
  在日趨完善的數(shù)學(xué)教育制度下,涌現(xiàn)出了一代名垂青史的數(shù)學(xué)泰斗,他們是:王孝通、劉焯、一行、沈括、李冶、賈憲、楊輝、秦九韶、郭守敬、朱世杰……
  
  科學(xué)歷來是全人類共同的財(cái)富,當(dāng)時(shí)中國的數(shù)學(xué)水平很快引起了朝鮮、日本的注意,他們開始往中國派留學(xué)生、書商。經(jīng)過一段學(xué)習(xí),在算法引進(jìn)了關(guān)于田畝、交租、谷物交換等知識;在辦學(xué)中吸取了國子監(jiān)的課程設(shè)置和考試制度。由此看來,在這一階段,我國已處于世界數(shù)學(xué)發(fā)展的潮頭了。
  
 。4)緩慢發(fā)展時(shí)期(元后期~清中期)
  
  和上面講的數(shù)學(xué)盛世相比,這一階段幾乎是黯然失色了。
  
  從宋朝末年到元朝建立中央集權(quán)制,中國大地上烽火連年,科學(xué)技術(shù)不受重視,大量寶貴的數(shù)學(xué)遺產(chǎn)遭受損失。
  
  明朝建立以后,生產(chǎn)曾在一個(gè)短暫時(shí)期里有所發(fā)展,但馬上又由于封建統(tǒng)治的腐敗,走向了衰落,直到清朝初年才緩過一口氣來。處在這樣一種政治腐敗、經(jīng)濟(jì)落后、農(nóng)民起義此起彼伏的環(huán)境中,數(shù)學(xué)跌入低谷也是情理之中的事。
  
  然而世界發(fā)展的潮流歷來是不等人的,乘我們衰落的功夫,西方數(shù)學(xué)悄悄地追上來,并且反過來滲透進(jìn)中國。
  
  當(dāng)西方資本主義開始萌芽的時(shí)候,為了尋求發(fā)展,天主教傳教士、海盜、商人紛紛涌進(jìn)中國。他們除了從我國帶走了原料、市場、廉價(jià)勞動力,也帶來了一些文化知識。
  
  16世紀(jì)~18世紀(jì)來華的傳教士中,以意大利人利瑪竇(公元1552~公元1610年)影響最大。在1583~1599年,當(dāng)他活動于我國肇慶、韶州、南昌、南京等地時(shí),結(jié)識了不少中國著名學(xué)者,如李贄、徐光啟、李之藻等人。這些人正處于不滿空談理學(xué),渴望富國強(qiáng)兵的思想狀態(tài)中,為此他們迫切希望世界上的最新科技成果。而利瑪竇的到來,無疑是起了一拍即合的作用。利瑪竇與徐光啟和李之藻分別合譯了兩部數(shù)學(xué)著作:《幾何原本》、《同文算指》。其中《幾何原本》文字通俗,很少疏漏。盡管當(dāng)時(shí)原著中的拉丁文沒有現(xiàn)成的中國詞匯可對照,但是徐光啟仍是克服困難,創(chuàng)造出許多恰當(dāng)?shù)淖g名,使全書達(dá)到信、達(dá)、雅的水平。
  
  從利瑪竇與中國學(xué)者合譯專著開始,西學(xué)東漸的勢頭越來越大。
  
  那么這個(gè)時(shí)期我國自己的數(shù)學(xué)“特產(chǎn)”是什么呢?是珠算。
  
  在隋唐時(shí)期,人們已經(jīng)開始在改進(jìn)籌算上打主意了。他們想辦法簡化籌算方法、編口訣……然而,在迅速發(fā)展的數(shù)學(xué)領(lǐng)域中,籌算法必然會被其他算法所代替。
  
  元朝末期,小巧靈便的算盤出現(xiàn)了。人們看著這計(jì)算簡捷、攜帶方便的新工具欣喜異常,甚至有人把它編到了俗語、詩歌、唱詞中。
  
  算盤的出現(xiàn),很快就引出了珠算口訣和珠算法書籍,16、17世紀(jì),在我國大量的有關(guān)珠算的書籍中,最有名的是程大位的《直指算法統(tǒng)宗》
  
  珠算普及以后,籌算便自動銷聲匿跡了。
  
  就在中國人發(fā)明珠算后不久,1642年,19歲的法國數(shù)學(xué)家巴斯加(公元1623~1662年)推出了世界上最早的計(jì)算機(jī)。目前,雖然我們已進(jìn)入了計(jì)算機(jī)時(shí)代,然而珠算仍有它的一席之地。有人試過,在加減法運(yùn)算中,它的速度甚至超過小型計(jì)算器。
  
 。5)中西數(shù)學(xué)合流期(公元1840~1911)
  
  前面講到,16世紀(jì)前后,西方傳教士帶來了一些新的數(shù)學(xué)知識。盡管有些洋人懷有個(gè)人目的,但不管怎么說,新知識能傳進(jìn)來,這對我國的數(shù)學(xué)進(jìn)展總是有好處的。然而,1723年清朝雍正皇帝登基時(shí),有人就提出大批傳教士在華,對他們的統(tǒng)治不利;实垡幌,也是。于是馬上下令,除了少數(shù)在中國編制新歷法的外國人之外,其他傳教士一律不留。
  
  這一命令產(chǎn)生的后果是,在以后大約100年的時(shí)間里,西方的數(shù)學(xué)知識也很難“進(jìn)口”;中國數(shù)學(xué)家只好把眼光從學(xué)習(xí)西方新知識,轉(zhuǎn)回到研究自己的舊成果了。
  
  古代數(shù)學(xué)回光返照的局面沒持續(xù)多久,鴉片戰(zhàn)爭失敗了,閉關(guān)自守的局面被打開了,帝國主義列強(qiáng)紛紛進(jìn)來瓜分中國,中國一時(shí)間淪為半殖民地、半封建的社會。
  
  19世紀(jì)60年代開始,曾國藩、李鴻章等為了維護(hù)腐敗的清政府,發(fā)起了“洋務(wù)運(yùn)動”。這時(shí)以李善蘭、徐壽、華蘅芳為代表的一批知識分子,作為數(shù)學(xué)家、科學(xué)家和工程師參加了引進(jìn)西學(xué)、興辦工廠、學(xué)校等活動,經(jīng)過他們的不懈努力,奠定了近代科技、近代數(shù)學(xué)在中國的發(fā)展基礎(chǔ)。
  
  當(dāng)1894年“洋務(wù)運(yùn)動”以軍事失敗而告終時(shí),工廠、鐵路、學(xué)校卻保留了下來,科技知識也在一定的范圍內(nèi)傳播了開來。
  
  這一時(shí)期的特點(diǎn)是中西合流。所謂中西合流,并不是全盤西化,數(shù)學(xué)工作者們在研究傳統(tǒng)數(shù)學(xué)的同時(shí)吸收新的方法,一時(shí)間,出現(xiàn)了人才濟(jì)濟(jì)、著述如林的好勢頭。
  
  這時(shí),中國數(shù)學(xué)家在冪級數(shù)、尖錐術(shù)等方面已獨(dú)立地得到了一些微積分成果,在不定分析和組合分析方面也獲得了出色的成績。然而,即使是這樣,在世界的同行們之中,我國也仍然沒達(dá)到領(lǐng)先的地位。
  
 。6)現(xiàn)代數(shù)學(xué)研究的開端(公元1911~1949)
  
  到了19世紀(jì)末20世紀(jì)初,中國數(shù)學(xué)界發(fā)生了很大的變化,派出大批留學(xué)生,創(chuàng)辦新式學(xué)校,組織學(xué)術(shù)團(tuán)體,有了專門的期刊,中國從此進(jìn)入了現(xiàn)代數(shù)學(xué)研究階段。
  
  從1847年,以容閎為代表的第一批學(xué)生出國后,形成了一個(gè)出國留學(xué)的高潮。當(dāng)時(shí)出國留學(xué)人數(shù)每年要達(dá)到數(shù)千人之多,他們學(xué)成回國后,在中國形成了一支不可忽視的現(xiàn)代科學(xué)隊(duì)伍。
  
  早期出國留學(xué)的人中,學(xué)數(shù)學(xué)的人不多,其中做出突出成就的有:蘇步青、陳建功、陳省身、周煒良、許寶騄、華羅庚、林家翹等人。
  
  這樣一批海外學(xué)子歸來之后,在科研、教育、學(xué)術(shù)交流等方面都有了新轉(zhuǎn)變。
  
  科研上,1949年以前共發(fā)表652篇論文,盡管數(shù)量不多,范圍也僅限于純數(shù)學(xué)方面,但是其水平卻不低于世界上的同行們。要知道,就是這點(diǎn)微薄的成果還是在克服了政治、經(jīng)濟(jì)等多方面難以想象的困難下取得的呢!
  
  教育上,建立了正規(guī)的課程設(shè)置,數(shù)學(xué)的學(xué)時(shí)多于文科,對教科書也進(jìn)行了更新。到1932年為止,全國各大學(xué)已有一支約155人的數(shù)學(xué)教師隊(duì)伍,可以開5至10門以上的專業(yè)課。
  
  學(xué)術(shù)交流上,1935年7月成立“中國數(shù)學(xué)會”,創(chuàng)辦《中國數(shù)學(xué)會學(xué)報(bào)》和《數(shù)學(xué)雜志》。1932年至1936年召開的第9、10次國際數(shù)學(xué)會議,我國均有人參加。這時(shí),應(yīng)邀到華講學(xué)的各國數(shù)學(xué)家也紛至沓來,給過去閉關(guān)自守的數(shù)學(xué)領(lǐng)域,帶來了現(xiàn)代的氣息。
  
  解放后的18年間,發(fā)表論文的篇數(shù)占解放前總篇數(shù)的3倍多,其中不少論文不但填補(bǔ)了我國過去的空白,有的還達(dá)到了世界先進(jìn)水平。
  
  正當(dāng)數(shù)學(xué)家們奮起直追,力圖恢復(fù)中國數(shù)學(xué)在世界上的先進(jìn)地位時(shí),一場無情的風(fēng)暴席卷了中國。在文化大革命的十年中,社會失控,人心混亂,科學(xué)衰落。在數(shù)學(xué)的園地里,除了陳景潤、華羅庚、張廣厚等幾個(gè)數(shù)學(xué)家掙扎著開了幾朵花,幾乎是滿目凋零,一片空白。
  
  當(dāng)10年政治災(zāi)難過去之后,人們抬頭一看,別的國家數(shù)學(xué)研究早已是高峰迭起,要想追上又需花費(fèi)不少力氣。
  
  中華民族歷來就有自強(qiáng)不息的光榮傳統(tǒng)和堅(jiān)韌不拔的耐力。浩劫以后,隨著郭沫若先生那篇文采橫溢的《科學(xué)的春天》的發(fā)表,數(shù)學(xué)園地里又迎來了萬物復(fù)蘇的春天。1977年,在北京制訂了新的數(shù)學(xué)發(fā)展規(guī)劃,恢復(fù)數(shù)學(xué)學(xué)會工作,復(fù)刊、創(chuàng)刊學(xué)術(shù)雜志,加強(qiáng)數(shù)學(xué)教育,加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究……
  
  盡管我們目前在世界數(shù)學(xué)的賽場上已處落后地位,然而,路遙識馬力,今后鹿死誰手,仍然是個(gè)“x”。
 

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