03.04 为什么中国人数学这么牛却几乎没有中国人发现的数学定理?

Doris-萌


答:说到这点,确实让人很失望!现代数学系统中,确实少有中国人发现的“重要基本定理”,从古至今都是!


就算有一些以中国人命名的定理,要么是非常偏的领域,要么论其重要性还是不够分量!

在基础数学领域,最著名且得到数学界公认,还是中国人发现的定理只有一个,就是初等数论领域的——中国剩余定理。



剩余定理是一种解同余方程的方法,在中国南北朝时期,《孙子算经》中的下卷第二十六题,提出了一个同余问题,并给出了解法,被后人归纳为“剩余定理”。

“剩余定理”是数论四大基本定理之一,但因为数论不作为义务制教育的考核内容,所以知道的人并不多!


除此之外,在数学的基础领域,再也找不到中国人发现的重要数学定理!

当然,这并不是说中国人的数学不强,而是在古代中国人的数学研究中,没有形成统一的数学系统,大多数人的研究都是零散的,也没有传承性。



比如刘辉发明割圆术,祖冲之利用割圆术计算圆周率,虽然在当时的数学领域达到了很高的水准,但是中国古人对数学的研究,都是以实用为目的,注重技术,没有对其原理进行深究和归纳!


最典型的就是“勾股定理”,古人虽知“勾三股四弦五”,但是仅此而已,所以国际上称作“毕达哥拉斯定理”!



在古代,中国的国内环境,和国外的环境,相差太大了,比如:

(1)1666年,又称牛顿奇迹年,牛顿等人创立微积分,建立经典力学;国内是清朝康熙五年;

(2)1748年,欧拉提出了大名鼎鼎的“欧拉公式”;国内是乾隆十三年;

……




好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


我是一位专业从事与数学有过的教学工作者,我希望可以从浅显、务实的角度对这个问题做个解答,也希望网友不要没有看完全文就开喷!



首先解释一下,中国人数学很牛是个伪命题,我从以下两点来分析:

1、我们认为的数学牛,主要停留在基础数学阶段,具体来说主要是指小、初高、大学应试数学及奥数!但一个非常讽刺的事实是我们现行的数学体系完全来源于欧美等西方,也就是说我们学着欧美几百年前的基础数学成果却产生种种不切实际的错觉!另外我们前几十年的奥数完全是倾全社会之力,哪怕我们年年拿世界第一也没有任何骄傲的资本!

2、东方文化使然,我们总是有一种不愿接受现实的天然自信,并时常自我感觉非常良好。数学这门学科不像物理等经典科目,很难有被大众所感知的直接科研成果,我们普通大众对数学的理解主要停留在加减乘除等运算方面,而这恰恰是最大的误解,数学这门学科及其分支在西方已经发展的非常迅速,甚至数学领域的公司都遍地开花,而中国呢?现在数学停留在课堂上。



为什么中国近现代在数学领域的研究不尽如人意呢?

1、体制问题是根本:我们的基础数学完全是为应试教育服务的,以应试教育为根本导向。我们现行教学模式及教学体系根本就是填鸭式的机械式训练,毫无创新而言。甚至就拿教材内容来说,初高中的核心知识点几十年没有任何变动,老师要做的就是变着花样让学生记住、会做题就行了。一个不容忽视的现象是:即使数学成绩好的,有几个会专门继续从事数学研修呢?

2、中国传统文化及教学模式,束缚了学生的发散式思维及独立思考能力,我们的学生也普遍缺乏创新性思维(一个重要的原因是连老师都不具备,何来学生呢?)还有一个众所周知的原因是,要想在理论方面有实质的科研及理论研究成果,我们至少要能熟悉西方经典的及最新的理论研究,可是现阶段可行吗?现在绝大多数人知道的都是老掉牙式的结果。

3、另外一个阻碍我们出数学理论成果的重要原因是,我们的科研经费分配及使用制度,研究人员的经济条件等非常现实的原因都无法保证一个热爱数学的高级知识分子有精力专心搞研究!


铭师道


i其实不止是数学,很多科目都是这样。

以前学张三慧编的那本《大学物理》时,常常见到某个定理旁边加一句“这个现象早在几百年前被我国的XX发现了”,每次看到我都觉得好玩。

为什么定理定律是国外发现或命名的呢?

古代我国很多东西都是定性分析,而不是定量分析。

就说数学,阿拉伯数字未推广前数学很受限制,并且以前数学物理非正统的知识,得不到发展。近代由于战争,国内研究条件不足近现代,国内数学物理有了很大的发展,但数学现在比较完善了,在近一百年不会有大的突破(是指里程碑的突破,而不是解决什么难题)。

另外,很多的人都说我们的科学体制束缚了我们的科技发展水平。是我们的教育模式扼杀我们的国民的创造力。

但是事实上,这些观点是盲人摸象 ,没有看清问题的实质 。有些人却是别有用心这样说的,这些人有自己的小算盘,有私心,这里不说了。

没有发现定律、没有做出重大成就、没有拿过诺贝尔奖是我们中国人没有作高水准科学研究的能力吗?显然不是的,实际上从人种学上讲自然科学的研究对任何民族都是平等的,因为思维能力和想象力是平等的,目前还没有足够的证据证明哪个民族的思维能力和想象力比另外的民族很差的说法。

关键的是知识水平和资源水平。有个很明显的事实是在美国的知识界或者学术界华人的数量和地位是居于前列的,在美国大学的很多学术重量级人物大多是华人,有些学科的系主任曾经就有过三分之二是华人的时候。这些人当中就有很多是在中国接受从小学到大学的教育,后来到西方接受最后的学业培训。

杨振宁和陈省身在世界物理学和数学领域的成就是很杰出的。这样的例子太多,像李政道、丁肇中、李远哲、崔奇、朱隶文、丘成桐、陶哲轩等等足以说明中国人的科研能力可以达到世界水准。但是在我们国内却很少有这样成就的人,这不是说国内的人没有水平,体制也不是很关键的因素。最关键的原因归根结底是我们的科研和教育经费不充裕。而且要长久的充裕,持之以恒才行。

为什么说体制不是很关键的因素呢?

因为我们一般人所谓的好体制的最终目标无非就是能给最优秀最有才华的学者配置最好的资源而已。这实际上有一个最重要的问题:最优秀最有才华的学者是这个人获得了重大的学术研究成果之后才能认定的,而在此之前这个人只能是居于普通的学者范围之中的,他这个时候的研究是最需要自由和经费支持的。

所有的大师都有他不是大师的的时候,而我们的体制就是不给这些人配置经费免除他们的后顾之忧给充分的自由研究的环境。

而我们由于经费有限所以只能能给最优秀最有才华的学者配置最好的资源了。而在美国等发达国家,因为经济发达,大学和研究机构的经费极其充裕。

从美国顶级的哈佛大学来说,我国全国一年的教育经费仅相当于哈佛大学这一所大学的经费,仅仅就哈佛大学目前的校友捐赠基金部分经过资本市场的运作已经达到了350到400亿美元之间,几乎是富可敌国了。以这样雄厚的财力自然就能吸引到世界上最优秀的最顶级的学术人才了。

人们责怪我们的企业缺乏核心技术,却不知道目前全世界500强企业,用于研究和开发的费用占全球的70%,仅通用汽车一家,每年用于研究的费用就达到80亿美元这个基本事实。美国顶级大学能作到给一般的教授和科研人员提供比我们高得多没有后顾之忧的,可以充分自由地从事研究的薪水。

我这里所说的充分自由是指由于没有经济上的原因和压力而获得的从事研究的自由。这个会产生极其巨大的差距。大部分的教授的薪水比我们的很少的国内算高的教授的薪水还要高。科研资源比我们要优秀很多。这样吸引了很多的人才作出了一流的成果。

一个大学只有聚集了真正的顶级的人才群,而不是几座大楼。在这些人才群中,他们相互交流启发激励产生学术灵感和思维的共振自然就比较容易有顶级研究成果出来。顶级智慧成果的产生是有土壤的。在我们国内由于僧多粥少,必须要经过各种评级考核审定,要看发表的论文多少才能决定待遇薪水的高低,如此不一而足。这是很有问题的,这样必然导致再有能力的人都有可能必须做短平快的项目。

用爱因斯坦的话说:找一块木板寻找它最薄的地方来钻孔,并且钻上许许多多的孔。这样的结果是发表了很多的论文,但是没有一篇论文是关于一个“很深、很难钻透的孔”所作的研究之论文。没有人愿意去钻那些可能要花很多年,有时候几十年甚至一辈子也钻不通的孔了,没有办法为了生存,为了养家糊口,为了过上体面一点的生活,必须去钻很薄的孔。几天、几十天、几个月就有论文出所谓成果了。

那些好几年还弄不出论文的研究,留待以后那些吃喝不用愁,用钱不用忧的日子或者学者去作了。正是这个才是制约中国学术研究和发展的最重要的原因。世界顶级学术研究成果是动辄就是上十年甚至几十年的上百年的坚持不懈的努力的结果。所谓大师是作出过高深、有难度、有重大价值的研究成果的人物。

实际上我们不能去责怪我们的学术工作者,他们也是有血有肉人,也不能去责怪我们的政府管理部门,我们经费不是很多,要公平嘛,只有考核,看论文的多少,,看论文发表在啥国际学术期刊上。而事实上历史以来那些在人类科学发展过程中作出过重大贡献的人,他(她)们的核心价值(最有创造性)论文仅几篇而已。

一个很难钻通的很厚的地方,被人钻穿了,钻透了,才可以发现最基础的定律。现在我们没有这种钻通了很厚很难钻的木板的大师。根本原因是我们的人没有办法持之以恒地锲而不舍地钻厚木板。


蒋东文


基本的答案很简单:中国古代的数学并不牛。此外,中国人发现的定理历史上确实比较少,现在越来越多了,趋势是好的。

数学史上最伟大的成就是欧几里得的《几何原本》,不仅给出了一整套数学体系(平面几何、代数、数论、立体几何),更重要的是给出了公理体系、演绎法这种令人惊叹的方法论,使严密的科学成为可能。这不只是数学史上最伟大的成就,而且是整个人类历史上最伟大的成就,或者说为其他所有成就奠定了基础。中国古人从来没有达到这个高度。中国古代最伟大的数学家是刘徽,他做证明的意识是最强的,独力建立了一套证明体系,确实很了不起,但仍然不是“公理”体系,比欧几里得至少差一个量级。

那为什么大多数人会觉得中国的数学很牛?因为我们的宣传重点跑偏了,不是以客观评价为主,而是以激发民族自豪为主,只说我们的成就(确实很大,在希腊之外的文明中可以算是非常高的),不说希腊更大得多的成就。这种宣传以前可以理解,现在越来越成为笑柄。中国人已经很自信了,用不着通过这种不客观的方式来给自己脸上贴金,实事求是才是正道。

有些人说《几何原本》不是欧几里得写的,而是文艺复兴时欧洲人伪托古希腊人的名义写的,显示自己的祖宗厉害,打击其他文明的自信。这种说法有两大错误。

一,纯属脑补,没有任何可靠证据。

二,完全没抓到重点。就算《几何原本》真是文艺复兴时写出来的,仍然是历史上最伟大的数学著作,思想方法比中国的《九章算术》等数学著作高得多。任何有鉴别力的人,读读《几何原本》和《九章算术》的原文,就知道后者没有一套逻辑体系,只是一堆方法和应用题的集合,可理解程度、易于教育的程度和易于扩展的程度跟前者不可同日而语。所以《几何原本》即使在欧洲失传几百年,一旦从阿拉伯人手里得到,欧洲人立刻就学会了,而《九章算术》与很多其他中国数学书籍后人都看不懂,失传了。

1607年中国出版第一个《几何原本》译本,徐光启和利玛窦翻译的。徐光启很清楚此书的价值,在篇首的《几何原本杂议》里写道:

“此书有四不必:不必疑,不必揣,不必试,不必改。有四不可得:欲脱之不可得,欲驳之不可得,欲减之不可得,欲前后更置之不可得。有三至、三能:似至晦,实至明,故能以其明明他物之至晦;似至繁,实至简,故能以其简简他物之至繁;似至难,实至易,故能以其易易他物之至难。易生于简,简生于明,综其妙在明而已。

此书为用至广,在此时尤所急需,余译竟,随偕同好者梓传之。利先生作序,亦最喜其亟传也,意欲公诸人人,令当世亟习焉,而习者盖寡,窃意百年之后必人人习之,即又以为习之晚也。而谬谓余先识,余何先识之有?”

所以《几何原本》的重要性根本不在于它是什么年代写出来的,而在于它的思维方法完全超越古代的任何其他数学著作,奠定数学发展的基础。如果没有徐光启、利玛窦西学东渐,再过几百年,中国人自己很可能也发展不出公理体系、演绎法。真正重要的是世界上出现了这么一个完全出类拔萃、神而明之的东西,而且这个东西你自己两千年都想不到。就算这个东西是公元1500年出现的,难道对你的震动就减少一分一毫了吗?!

用这种胡搅蛮缠来为自己偏执的“民族自豪感”争脸的,实际是一群完全不懂科学、不懂科学史、不懂情绪和理性的区别的人。这些人看似自豪,其实很自卑,自卑到不敢承认自己在历史上落后过,好像承认一点缺陷整个世界观就要崩溃似的。这些人的胡闹对真正的民族自豪感是个破坏因素。

真正的自豪,是承认自己以前落后,现在奋发图强,已经取得了很大的成就,将来会更好,总有一天会领先世界。这是中国兢兢业业的科学家干的事!


老白字太白


过去有人一直认为,中国人擅长数学,其实这是一种假象。我还没有发现中国人在数学上有特殊的天赋。曾经有人问杨振宁,你认为中国人什么时候在诺贝尔奖上有斩获?杨振宁说,这个事情急不得,要打好基础。杨振宁提出,中国应该先从数学领域入手,可以在这方面做贡献。杨振宁并不是说中国人的数学天赋就一定比外国人强,而是认为,做物理需要实验,实验需要花大钱,以中国的国力,还不具备物理实验“遍地开花”的局面。而研究数学,只需要一台计算机就可以,在成本上要实惠的多。

如果要研究中国人为什么在数学上缺乏科学历史上的第一流成就,首先要定义提问中的“中国人”这个概念。如果中国人的概念包括华人,中国人还是不错的,比如丘成桐,“数学皇帝”,勉强可以排进古今数学家前20。丘成桐是华人也是中国人在数学领域的第一人。还有一个陶哲轩,数学界的诺贝尔奖,菲尔兹奖获得者。他们都是数学超级大牛。而华罗庚不算超级大牛,勉强也算一流,比他们差一个档次。陈景润比他们再差一个档次。问题在于,超级大牛们都是在国外接受的高等教育。

我一个朋友,华人,在普林斯顿做研究员。他是一位数学大师。为了研究一个课题,他可以闭关研究6个月。期间断绝所有的对外通讯。这个在中国的大学可能被允许吗?教授们被迫每年要完成论文任务,哪有心思去做自己想做的课题?

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怀疑探索者


其实这是一种误解,不过应该说中国当前的数学确实取得了很多重要的进展,而且也有一些享誉国际的著名数学家了,比如去年获得未来科学大奖的许晨阳。

不过在中国古代,我们的数学也曾经有过闪光的表现,只是当时更多地追求数学的有用性,或者说用数学来解决现实生活中的问题,而没有深究这些数学应有背后的规律和逻辑,比如我们都知道中国古代的勾三股四弦五,但是并没有总结出来直角三角形两个直角边的平方和等于斜边的平方,因为勾三股四弦五只是勾股定理的一个特例。

浙江大学的蔡天新教授在他的科普著作《数学简史》中也有一些章节论述了中国古代的数学成就,但是他也认为古代的中国数学没有对具体案例进行归纳总结,并进而发现其中的规律性。所以没有发现数学上的一些定理。

导致这种情况出现的原因也有很多,其中包括古代中国更多地关注实用性,或者说为生活服务的功能,而没有对其进行深入的分析,总结。再加上统治阶级也把知识分子作为为自己服务的奴才,他们并没有给予其更多的支持,而只是让他们为统治阶级服务。

这就像古代的天文学一样,那个时候的天文学也是为统治阶级服务的一种技艺,并没有成为真正的科学。

但是,我们应该看到,如今的中国科学界和数学界正在厚积薄发,比如丘成桐就是非常著名的数学家,而卡拉比丘流形中的丘就是指丘成桐,因为数学家卡拉比在1957年猜想所有这种流形有一个里奇平直流形的度量,该猜想于1977年被丘成桐证明,成为丘定理。

期待中国的数学家在未来能够做出更大的贡献,给数学大厦添砖加瓦。


WANG论科普


在文艺复兴之前,中国人发现的数学定理恐怕只会多不会少,只是发现定律,更多的是经验和巧合,深远的意义并不如此大。

举个例子,就像看看天就知道可能要起风,要下雨。如果,有个古人把各种情况都写下,总结一下,这就很牛逼了,在古代就可以称之为可以看天象。

但是,要命的恰恰是可能和裹足。假如这时候,又有一个人,他根据各类现象总结推理,写成了一本书,不但解释了各类现象乃至背后的原理。人们学了可以从现象推理出必然的精确的结果,还明白了具体的原理。这时候就可以大规模的运用。精确是理论走向实践的前提。所以,前者不就成了故弄玄虚……

物理学家千千万,为何牛顿站在了最前列之一?因为其他大多物理学家只是发现了七零八落的定律,而牛顿构建了整个系统,在这个宏观低速系统里什么都是精确的,人人都能学会,能大概运用。简单的说,也许你也能从苹果下落发现万有引力定律,但你不能发掘背后的意义,久而久之,就成了经验。而牛顿,发掘了整个系统,不但解释该系统内的各类现象,还能大规模运用,比如发射炮弹,类平抛,指那打那。这时候,怎么谈贡献?你早三千年发现也没用……

所以,我们的勾三股四就算在5000年前诞生,不明所以,也只能称为一种经验,诞生不了科学之花,结不了科学之果,最后,也只能变成在古人看来玄之又玄的几个字,勾三股四玄五。而面对,别人整个严谨的自恰的整套逻辑的时候,就成了几何原本里一个不咸不淡的定律,一个体系的螺丝钉,而这个时候作为前面假设的第一个发现万有引力现象的发现者,又如何和牛顿争?

总结,精确,系统是理论走向现实,改变生活的前提,同样,没有被千锤百炼的证明的定律,七零八落的定律是注定被遗失。因为,人们很难指望一个不精确的定律去得到一个精确的结果。也很难通过孤立的定律大范围的运用。中国人是崇拜精确的,只是没找到方法。孔明,借东风说到做到,都被成神了。要是晚两天呢?东吴,刘关张都要宰了他。不精确的危害太大了……

西方的数学几何实验逻辑等体系,精确且系统。有理论就能有产出,爱因斯坦的质能定律的出现,随后开启核时代。这就是科学,它支撑了整个现代社会的科技发展,巨大的贡献相形下,其他民族的发现的各定律自然就慢慢黯淡了。

也许网友激愤,但是改变不了整合世界学习西方科学的事实。


漫步者131123228


在现代数学系统中,确实很少发现有中国人的影子。可能比较有名的就是勾股定理(国外叫毕达哥拉斯定理),中国剩余定理;除此之外,好像没有了。我觉得中国人在数学上的研究其实并不差,在一些数学思想上甚至是比当时世界上任何一个国家都先进。在历史上,中国甚至被称为世界的中心,在当时的世界上,中国算得上科技强国。

古代数字和符号的引入及应用限制

然而,中国数学更多的侧重于实用,从中国古代的四大发明就知道,都是实用方面的发明;同时,在数学上定性分析远大于定量分析,例如割圆术,当时没有完全算出圆周率,其实这一思想是非常先进的,与现代数学的极限思想是一样的。然而,中国古代数学缺少数字和符号的使用,虽然汉字的发明和使用大大提升了文化水平和传播速度,然而数学中没有数字和符号,就会非常受限制;汉字中虽然有1-10的中文写法,但显得非常不方便,另外符号没有引入,定量分析其实就面临非常困难,这就限制了中国数学并没有走向强国的地位。当然,也与自古以来中国人的思想有很大的关系,学而优则仕的思想一直沿袭至今。而对于数学虚无飘渺的东西,没几个人真正去研究,也不懂。

现代培养方式决定了数学上难有作为

目前的应试教育决定了中国在数学上很难有所作为,你去看一看全国上下的家长和学生参加补习忙成什么样就应该有体会了。要么是无何止的拔苗助长,不应该的年龄做着超越能力的事情;要么刷题考高中考大学,为了分数而学习。这样的体制怎么可能培养得出数学大家。


学霸数学


为什么中国人数学这么牛却几乎没有中国人发现的数学定理?其实是一个伪命题。

因为中国人的数学并不牛,之所以有这个错觉,主要是和中国中学生在国际奥林匹克数学竞赛上率创佳绩。即使在成绩下降的2017年和2018年,依然能够排名第二和第三,就很能说明问题。但是,我们的中学生的成绩和体育比赛的成绩一样,是在苛刻选材,严格长期集训条件下获得的。因此和体育一样,我们已经是体育大国,我们已经是奥数大国;但是我们还不是体育强国和奥数强国。因此,我们必须像发展体育运动一样,倡导全民运动。奥数也应该是倡导,家长重视孩子对数学的热情的培养。当然,功利化的为了高考加分,小学就开始参加奥数集训班,完全不顾孩子的兴趣和能力也是完全不可取的。


而对于成年人来说,即使你学不会高等数学,也应该知道现代科学技术、经济金融等各个方面都需要高等数学知识。因此,起码的敬畏心应该有。而不是,像很多民科一样,连个高中数学也不会,就为了出名而炒作自己可以推翻爱因斯坦相对论。这样做不仅自己身体、精神和财富会受到巨大损失,也容易使社会民众、尤其是青少年被误导。从而使我们国家的国民仍然陷入非理性的泥潭。我们的数学事业也不会有大的发展。

总之,中国的数学现在还不行,还需要大家认清现实,积极努力,从而实现国人理性思维的提升,从而最终在数学上赶超西方。


地震博士


除了勾股定理以外其实还有一些相当不错的成就的。
附上一篇本科修科学史时写的一篇小论文。
大概有17项我认为比较重要的成就。

当然,很遗憾的一件事是,绝大多数成就都没传播到全世界。受地理、文化因素影响,古代中国和世界的数学交流非常有限,也难以对世界数学的发展历程产生重大影响。


中国数学起源于上古至西汉末期,中国数学的全盛时期是隋中叶至元后期。接下来在元后期至清中期,中国数学的发展缓慢。
十七个成就
纵观中国数学发展史,中国古代在数学方面的成就其实也算足以开一座陈列馆,这里就我认为最瞩目的17个成就列举如下:
(1)十进位制记数法和零的采用。

十进位制记数法在我国原始社会就已经形成,完成于奴隶社会初期的商代,到商代已发展为完整的十进制系统,并且有了“十”、“百”、“千”、“万”等专用的大数名称。1899年从河南安阳发掘出来的象形文字,说明我国在公元前1600年,已经采用了十进位值制记数法,早于第二发明者印度1000多年。0是极为重要的数字,0的发现被称为人类伟大的发现之一。 “0”这一数学符号的发明应归功于公元6世纪的印度人。他们最早用黑点(·)表示零,后来逐渐变成了“0”。 0在我国古代叫做金元数字,(意即极为珍贵的数字),说起“0”的出现,应该指出,我国古代文字中,“零”字出现很早,使用也较广泛。


(2)二进位制思想起源。源于《周易》中的八卦法,早于第二发明者德国数学家莱布尼兹(公元1646—1716)2000多年。

著名的哲学家、数学家莱布尼茨(1646—1716)发明了对现代计算机系统有着重要意义的二进制,不过他认为在此之前,中国的《易经》中已经提到了有关二进制的初步思想。从《易经》可以看到二进制的起源,中国古代的二进制运用与现代电子计算机中的运用相同。我国上古的伏羲时代就有了《周易》,《周易》是研究日月之间的变化的一门科学,通过卦爻来说明天地之间、日月系统以内人生与事物变化的大法则,就借助了二进制手段。


(3)几何思想起源。源于战国时期墨翟的《墨经》,早于第二发明者欧几里德(公元前330—前275)100多年。
著名的《墨经》中给出了某些几何名词的定义和命题,例如:“圆,一中同长也”、“ 平,同高也”等等。墨家还给出有穷和无穷的定义。
《墨经》中有8条论述了几何光学知识,它阐述了影、小孔成像、平面镜、凹面镜、凸面镜成像,还说明了焦距和物体成像的关系,这些比古希腊欧几里德(约公元前330—275)的光学记载早百余年。在力学方面的论说也是古代力学的代表作。对力的定义、杠杆、滑轮、轮轴、斜面及物体沉浮、平衡和重心都有论述。而且这些论述大都来自实践。《墨经》光学八条,反映了春秋战国时期我国物理学的重大成就。
(4)勾股定理(商高定理)。发明者商高(西周人),早于第二发明者毕达哥拉斯(公元前580—前500)550多年。
勾股定理是几何学中一颗光彩夺目的明珠,被称为“几何学的基石”,而且在高等数学和其他学科中也有着极为广泛的应用。正因为这样,世界上几个文明古国都已发现并且进行了广泛深入的研究,因此有许多名称。西方称毕达哥拉斯定理或毕氏定理(英文:Pythagorean theorem或Pythagoras's theorem)是一个基本的几何定理,相传由古希腊的毕达哥拉斯首先证明。据说毕达哥拉斯证明了这个定理后,即斩了百头牛作庆祝,因此又称“百牛定理”。 法国和比利时称为驴桥定理,埃及称为埃及三角形。
我国是发现和研究勾股定理最古老的国家之一。我国古代数学家称直角三角形为勾股形,较短的直角边称为勾,另一直角边称为股,斜边称为弦,所以勾股定理也称为勾股弦定理。在中国,在公元前1000多年前,《周髀算经》记载了勾股定理的公式与证明,相传是在商代由商高发现,故又称之为商高定理;三国时代的赵爽对《周髀算经》内的勾股定理作出了详细注释,又给出了另外一个证明。目前初中数学教材的证明方法采用赵爽弦图,证明使用青朱出入图。

青朱出入图


勾股定理是一个基本的几何定理,它是用代数思想解决几何问题的最重要的工具之一,是数形结合的纽带之一。


(5)幻方。我国最早记载幻方法的是春秋时代的《论语》和《书经》,而在国外,幻方的出现在公元2世纪,我国早于国外600多年。
幻方又称为魔方,方阵或厅平方,它最早起源于我国,宋代数学家杨辉称之为纵横图。幻方的幻在于:无论取哪一条路线,最后得到的和或积都是完全相同的,即在一个由若干个排列整齐的数组成的正方形中,图中任意一横行、一纵列及对角线的几个数之和或积都相等,具有这种性质的图表,称为“幻方”。我国古代称为“河图”、“洛书”, 中国汉朝的数术记遗中,称之为九宫算,又叫九宫图。又叫“纵横图”。
在中国古典文献《易经》中记载了洛书的传说:公元前23世纪大禹治水之时,一只巨大的神龟出现于黄河支流洛水中,龟甲上有9种花点的图案,分别代表1,2,3,4,5,,6,7,8,9这9个数,而3行、3列以及两对角线上各自的数之和均为15,世人称之为洛书。
南宋数学家杨辉著《续古摘奇算法》把类似于九宫图的图形命名为纵横图,书中列举3、4、5、6、7、8、9、10阶幻方。其中所述三阶幻方构造法:
“九子斜排,上下对易,左右相更,四维挺出,戴九履一,左三右七,二四为肩,六八为足”,比法国数学家Claude Gaspar Bachet提出的方法早三百余年。
三阶幻方。射雕英雄传里黄蓉也背过这段三阶幻方的口诀。
幻方最早记载于我国公元前500年的春秋时期《大戴礼》中,这说明我国人民早在2500年前就已经知道了幻方的排列规律。而在国外,公元130年,希腊人塞翁才第一次提起幻方。

我国不仅拥用幻方的发明权,而且是对幻方进行深入研究的国家。公元13世纪的数学家杨辉已经编制出3-10阶幻方,记载在他1275年写的《续古摘厅算法》一书中。在欧洲,直到1514年,德国著名画家丢勒才绘制出了完整的四阶幻方。


(6)分数运算法则和小数。中国完整的分数运算法则出现在《九章算术》中,它的传本至迟在公元1世纪已经出现。印度在公元7世纪才出现了同样的法则,并被认为是此法的“鼻祖”。我国早于印度500多年。

中国运用最小公倍数的时间则早于西方1200年。运用小数的时间,早于西方1100多年。


(7)负数的发现。这个发现最早见于《九章算术》,这一发现早于印度600多年,早于西方1600多年。

据史料记载,早在两千多年前,我国就有了正负数的概念,掌握了正负数的运算法则。我国三国时期的学者刘徽在建立负数的概念上有重大贡献。刘徽首先给出了正负数的定义,他说:“今两算得失相反,要令正负以名之。”意思是说,在计算过程中遇到具有相反意义的量,要用正数和负数来区分它们。刘徽第一次给出了区分正负数的方法。他说:“正算赤,负算黑;否则以邪正为异”。 我国古代著名的数学专著《九章算术》(成书于公元一世纪)中,最早提出了正负数加减法的法则:“正负数曰:同名相除,异名相益,正无入负之,负无入正之;其异名相除,同名相益,正无入正之,负无入负之。” 除《九章算术》定义有关正负运算方法外,东汉末年刘烘(公元206年)、宋代扬辉(1261年)也论及了正负数加减法则,都与九章算术所说的完全一致。特别值得一提的是,元代朱世杰除了明确给出了正负数同号异号的加减法则外,还给出了关于正负数的乘除法则。负数在国外得到认识和被承认,较之中国要晚得多。在印度,数学家婆罗摩笈多于公元628年才认识负数。直到十七世纪荷兰人日拉尔(1629年)才首先认识和使用负数解决几何问题。


(8)盈不足术。又名双假位法。最早见于《九章算术》中的第七章。在世界上,直到13世纪,才在欧洲出现了同样的方法,比中国晚了1200多年。

盈不足术是我国古代计算盈亏类问题的一种算术方法,借有余、不足以求隐含之数,为《周礼》九数之一。《九章算术·盈不足》:“今有共买物,人出八,盈三;人出七,不足四。问:人数、物价各几何?答曰:七人,物价五十三。”。在11—13世纪一些阿拉伯数学家的著作中,也出现了盈不足术,并称之为天秤术或契丹算法。当时阿拉伯人所说的“契丹”,即指中国,这也说明古代中国的盈不足术处于世界前沿。


(9)方程术。与现今不同,线性方程组在古代称为方程,其解法称为方程术。最早出现于《九章算术》中,其中解联立一次方程组的方法,早于印度600多年,早于欧洲1500多年。在用矩阵排列法解线性方程组方面,我国要比世界其他国家早1800多年。


(10)最精确的圆周率“祖率”。中国数学家刘徽在注释《九章算术》时(公元263年)只用圆内接正多边形就求得π的近似值,得出精确到两位小数的π值,他的方法被后人称为割圆术,其中有求极限的思想。南北朝时代的数学家祖冲之利用割圆术进一步得出精确到小数点后7位的π值(公元466年),给出不足近似值3.1415926和过剩近似值3.1415927,还得到两个近似分数值,密率355/113和约率22/7,其中密率是分子分母在1000以内的最佳值,欧洲直到十六世纪德国人鄂图(valentinus otto)和荷兰人安托尼兹(a.anthonisz)才得出同样结果;这一纪录在世界上保持了一千年之久。为纪念祖冲之对中国圆周率发展的贡献,将这一推算值用他的名字被命名为“祖冲之圆周率”,简称“祖率”。阿拉伯数学家卡西在15世纪初求得圆周率17位精确小数值,打破祖冲之保持近千年的纪录。德国数学家柯伦于1596年将π值算到20位小数值,后投入毕生精力,于1610年算到小数后35位数,该数值被用他的名字称为鲁道夫数。


(11)等积原理。又名“祖暅”原理。保持世界纪录1100多年。

等积原理是由我国南北朝杰出的数学家祖冲之的儿子祖暅(数学家、天文学家)首先提出来的。他同其父祖冲之一起圆满解决了球面积的计算问题,得到正确的体积公式。现行教材中著名的“祖暅原理”,在公元五世纪,是祖暅对世界数学的杰出贡献。祖暅总结了刘徽的有关工作,提出“幂势既同则积不容异”,即“等高的两立体,若其任意高处的水平截面积相等,则这两立体体积相等”,这就是著名的祖暅公理(或刘祖原理)。祖暅应用这个原理,解决了刘徽尚未解决的球体积公式。该原理在西方直到十七世纪才由意大利数学家卡瓦列利﹝Bonavent uraCavalieri﹞发现,比祖暅晚一千一百多年。


(12)二次内插法。隋朝天文学家刘焯最早发明,早于“世界亚军”牛顿(公元1642—1727)1000多年。

我国古代早就发明了内插法(内插法是用一组已知的未知函数的自变量的值和与它对应的函数值来求一种未知函数其它值的近似计算方法,是一种数值逼近求法,天文学上和农历计算中经常用的是白塞尔内插法。内插法当时称为招差术,如公元前1世纪左右的《九章算术)中的“盈不足术”即相当于一次差内插(线性内插);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(抛物线内插);这在数学史上是一项杰出的创造,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;元朝作《授时历》的郭守敬进一步发明了三次差内插法。在刘焯1000年后,郭守敬400年后,英国牛顿才提出内插法的一般公式。


(13)增乘开方法。增乘开方法为中国古代数学中求高次方程数值解的一般方法,在现代数学中又名“霍纳法”。

我国宋代数学家贾宪最早发明于11世纪,比19世纪英国数学家霍纳提出的时间早800年左右。它由11世纪的贾宪首创,中经12世纪的刘益,到13世纪秦九韶最后完成,19欧洲出现的霍纳法的步骤以及现代数学中综合除法的原理与它相同。该方法由《九章算术》的开方术衍生而来,经过贾宪、刘益、杨辉等人的推广和传播,到13世纪被发展成为求高次方程数值解的系统方法,秦九韶、李冶、朱世杰的著作中都有记载,其中以秦九韶的《数书九章》论述最为详细。霍纳在1819年发表的《解所有次方程》论文中的算例,其算法程序和数字处理都远不及五百多年前的秦九韶有条理;秦九韶算法不仅在时间上早于霍纳,也比较成熟。增乘开平方法是北宋数学家贾宪发明的开方法,原收《释锁算书》一书。贾宪原作已佚,但他对数学的重要贡献,被南宋数学家杨辉引用,被抄入《永乐大典》卷一万六千三百四十四,幸得以保存下来,现存英国剑桥大学图书馆。


(14)杨辉三角。杨辉三角形,又称贾宪三角形,帕斯卡三角形,是二项式系数在三角形中的一种几何排列,实际上是一个二项展开式系数表。它本是贾宪创造的,见于他著作《黄帝九章算法细草》中,后此书流失,南宋人杨辉在他的《详解九章算法》中又编此表,故名“杨辉三角”。 杨辉三角最本质的特征是,它的两条斜边都是由数字1组成的,而其余的数则是等于它肩上的两个数之和。杨辉三角形所蕴含的数字排列规律,让我们在感受数学美的同时,也体会到它的趣味性和实用性。

在世界上除了中国的贾宪、杨辉,第二个发明者是法国的数学家帕斯卡(公元1623—1662),他的发明时间是1653年,比贾宪晚了近600年。


(15)中国剩余定理。又称孙子定理,是中国古代求解一次同余式组的方法。中国剩余定理,实际上就是解联立一次同余式的方法。这个方法最早见于《孙子算经》,1801年德国数学家高斯(公元1777—1855)在《算术探究》中提出这一解法,西方人以为这个方法是世界第一,称之为“高斯定理”,但后来发现,它比中国晚1500多年,因此为其正名为“中国剩余定理”, 它是数论中一个重要定理。


(16)数字高次方程方法,又名“天元术”。 中国古代求解高次方程的方法。13世纪,高次方程的数值解法是数学难题之一。 天元术是中国古代的代数学方法之一种,是中国古代建立高次方程的方法。1248年,金代数学家李冶在其著作《测圆海镜》、《益古演段》中,系统地介绍了用天元术建立二次方程,并巧妙地把它表达在筹算中。元代数学家王恂广泛使用天元术解高次方程。这个方法早于世界其他国家300年以上,为以后出现的多元高次方程解法打下很好的基础。


(17)招差术。招差术即高次内插法,是现代计算数学中一种常用的插值方法,也就是高阶等差级数求和方法。从北宋起中国就有不少数学家研究这个问题,到了元代,朱世杰首先发明了招差术,使这一问题得以解决。在世界上,比朱世杰晚近400年之后,牛顿才获得了同样的公式。中国古代关于高阶等差数列和的差分能否相分于求内插公式的方法。朱世杰的《四元玉鉴》(1303)卷中“如像招数”中的问题都是讨论招差问题的。
其中朱世杰给出了一个四次招差公式:
这与牛顿插值公式一致,但牛顿提出这一公式晚于朱世杰三百多年。

招差术的创立、发展和应用是中国数学史和天文学史上具有世界意义的重大成就。


参考文献:
1.《探究勾股定理》同济大学出版社
2.《 神奇的纵横图》
3.《九章算术》张苍 耿寿昌
4.《杨辉三角与棋盘形街道走法》 琚国起


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