概率论诞生前的早期历史

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参考文献 [ 1] Sheynin, O. B. 1977. Early history of the theory of proba⁃
bility. Archive for History of Exact Sciences[ J] , 17(3) : 201-259. [2] 汪晓勤, 韩祥临.中学数学中的数学史[M].北京:科学 出版社,2002. 作者简介 沈金兴,男,1971 年生,中学高级教师,大市 级数学学科带头人,硕士研究生,师从中国数学史学会副理 事长、华东师范大学的汪晓勤教授.现主要从事数学史与数学 教育关系的研究,已在各类中学数学杂志上发表论文 20 余 篇.
最早的财产保险在古老时期就已存在.公元前两千多 比安( P.Ulpianus,170 ~ 228) 曾估计了当时不同年龄存活
年,去远东做生意的商队,商人事先要签一份协议,协议包 的期望值(见表 1),然后根据期望来给出相应的年金保险
括在约定的途中遭抢劫、偷窃或丢失,就要得到损失赔偿 的价值,这被认为是 17 世纪以前最高水平的人口统计工
国、德国首先出现了各种参考手册,上面记载着教区居民 结婚、参加洗礼、举行葬 礼 的 登 记 数. 这 是 在 瘟 疫 流 行 的 时 候引进的方式,最早可追溯到 1517 年. 后来还增加记录了
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ZHONGXUESHUXUEZAZHI 中学数学杂志 2014 年第 7 期
出生、死亡人口的性别以及死亡原因等. 这里需要提到的 是荷兰人德维特( J. De Witt,1625 ~ 1672) 的人寿年金保险 价格的计算表和英国人格朗特( J. Graunt,1620 ~ 1674) 的 死亡率表(见表 2).他们通过不完全的统计数据来估计人 口及各种疾病对死亡率的影响,从而计算出各年龄段的保 险价格.正是基于这些统计资料,出现了一些概念,如在某 一阶段死亡的可能性,能活到某一年龄的机会 等 等. 显 然, 社会对统计的需要及在这方面的发展开始酝酿出概率论 的一些基本概念.
3 概率论的酝酿 3������ 1 统计的需要
随着保险事业的不断发展,保险公司需要考虑风险.如 海运保险的损失率,人寿保险中不同年龄的死亡率等.于是 就需要各种各样的统计,如 17 世纪荷兰、西班牙、法国、英
龄,真正以科学为条件的人寿保险年金形式在 18 世纪才 出现. 由此可见,“ 人寿保险 也没 有对 促进 随机 思想 和观 念 起重要的作用,他们对概率的需求仅仅到了 19 世纪才出
现.” [1] 尽管保险出现得很早,但 14 世纪以前的财产、海运保
险、人寿保险形式对随机思想和统计观念没有起任何推动 作用,因此只属于萌芽时期.
关.如荷兰阿姆斯特丹在 1598 年的法令就明确禁止将任何 人的人寿保险与赌注相联系;意大利的热那亚政府在 1588 年禁止人寿保险.众多的禁令妨碍了人寿保险终身年金形 式的发展,而现代意义上的年金保险诞生于 17 世纪的荷 兰.但那个时候,年金保险的价格并没有依据保险人的年
这个游戏令经常玩的佛罗伦萨贵族们感 到 困 惑. 因 为 9、10、11、12 都有六种组合,即 9 = 1+2+6 = 1+3+5 = 1+4+4 = 2+2+5 = 2+3+4 = 3+3+3; 10 = 1+3+6 = 1+4+5 = 2+2+6 = 2+3+5 = 2+4+4 = 3+3+4; 11 = 1+4+6 = 1+5+5 = 2+3+6 = 2+4+5 = 3+3+5 = 3+4+4; 12 = 1+5+6 = 2+4+6 = 2+5+5 = 3+3+6 = 3+4+5 = 4+4+4.
掷两个骰子,点数和为 12、11、10、…、3、2 的情形各有 几种?
掷三个骰子,点数和为 18、17、16、…、4、3 的情形各有 几种?
三个世纪以后,意大利著名天文学家伽俐略( G.Galile⁃ o,1564 ~ 1642) 在研究朋友向他提出的这个问题时真正解 决了佛罗伦萨贵族们遇到的难题.他指出点数和是不对称
理论的发展.那些具有概率性质的最初的问题,也是起源
除了财产、海运保险外,人寿保险的历史也相当悠久,
于人类生活的各种领域,如财产保险、海运保险、人寿保险 可追溯到古罗马时期.这种保险就是国民付了人寿保险费
等.
或以终身年金的形式来保证在死亡时获得保险赔偿费.
2.1 财产保险与海运保险
《查士丁尼法典》 的制订者之一、古罗马法学家乌尔
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ中学数学杂志 2014 年第 7 期 ZHONGXUESHUXUEZAZHI
概率论诞生前的早期历史
浙江省桐乡市凤鸣高级中学 314500 沈金兴
1 引言
签订这类协议更多的是从事海上贸易的商人,即海运
在 1654 年,两位法国数学家帕斯卡和费马通过通信 保险.在腓尼基和古希腊,梭伦法律里曾提到:从事海上贸
概述.
险费是货物价值的 12 ~ 15%( 或以船作抵押) ,陆运的费用
2 概率论的萌芽
是货物的 6 ~ 8%.从 16 世纪开始,许多国家也出现了海运
任何一门科学技术和理论都需要和社会生活紧密联 保险公司,17 世纪其他保险形式也相继诞生.
系,只有当社会上有新的问题和动机时才能推动新技术与 2.2 人寿保险
可在实际玩的过程中,得到 10 和 11 的次数总要超过 9 和 12.到底是何原因使理论计算与实际经验不符呢? 所 以,这个骰子的“ 投掷问题” 一直是概率论诞生前的酝酿阶 段数学家们的一个重要话题.如意大利数学家卡丹( G.Car⁃ dano,1501 ~ 1576) 约写成于 1525 年( 1663 年出版) 的《 机 会游戏之书》 中,就讨论了下面的问题:
测未来、占卜命运和赌博游戏,可以说历史十分悠久.但是 在欧洲,直到 14 世纪才出现保险基本法,这些法令主要内
作为一个理论———概率论,却为何诞生得这么晚,直到 17 容是解决保险价格争论.
世纪才开始呢. 在 17 世纪之前,又是社会、生活中哪些方
14 世纪的荷兰、意大利率先建立了海运保险公司,这
面的逐步发展为概率论的诞生奠定了基础,本文对此略作 些公司通过计算各种风险,收取相应的保险金. 海运的保
尽管机会游戏的“ 投掷问题” 没有直接诞生出概率论, 但它对概率论的推动作用是不可估量的.后来有许多数学 家不断地研究各种各样的机会游戏问题,把它作为专著内 容的一部分,如惠更斯的《 机会游戏研究》 ( 1657) 、蒙特摩 尔( P. R. de Montmort, 1678 ~ 1719) 的 《 机 会 游 戏 分 析》 (1708) 、棣莫佛( A. De Moivre,1667 ~ 1754) 的《 机会学说》 等等.莱布尼茨( G. W. Leibniz,1646 ~ 1716) 甚至把机会游 戏作为研究发明艺术的一个模型,而这些机会游戏的研究 被棣莫佛证实是富有成效的.因此,概率的出现在很大程度 上受惠于机会游戏.
表 2:格朗特的死亡率表(不同的年龄段对应的百分比)
年 龄 死亡率 年 龄 死亡率 年 龄 死亡率
0-6 36 6-16 24 16-26 15
26-36 9 36-46 6 46-56 4
56-66 3 66-76 2 76 以上 1
3.2 机会游戏 但真正对概率论的诞生起直接推动作用的是古代的
机会游戏[2] .意大利著名诗人但丁( A. Dante,1265 ~ 1321) 在其《 神曲》 (1307 ~ 1321) 的“ 炼狱篇” 第 6 节中,提到了流 行于意大利的一种机会游戏:一人同时掷三个骰子,另一 人猜点数和(3 ~ 18) .其中,3 = 1+1+1 和 18 = 6+ 6+ 6 这两个 点数各只有一种组合方式,而 9、10、11、12、…等其它点数 则可通过几种不同的组合得到(如 9 = 1+2+6 = 1+3+5 = 1+ 4+4 = 2+2+5 = 2+3+4 = 3+ 3+ 3) ,显然,3 点和 18 点猜中的 可能性要比其它点数小.
金.根据犹太教法典,类似的协议也在巴勒斯坦和以色列 作.但令人遗憾的是,随着社会和科学的发展,这张表被遗
出现.
忘了.
表 1:乌尔比安估计的对人年龄的生命期望(期望值为相应的百分比)
年龄 期望
年龄 期望
年龄 期望
年龄 期望
年龄 期望
0-20 30 25-30 28 25-30 25 30-35 22
35-40 20 40-41 19 41-42 18 42-43 17
讨论解决了“点数问题”,标志着概率论的诞生,因此公认 易的公司,包括在海上贸易中在海湾上岸的商人行动,如
的概率论创始人是帕斯卡与费马. 但是,概率论诞生之前 遇到海盗、风浪或抢劫等时也可得到损失赔偿金. 但这些
的早期历史却鲜为人知.
协议缺少随机的思想和观念,支付保险费用的制度也没有
据考古证明,早在古代就有了骰子,人们通过它来预 建立.直到 12 世纪,才在日本出现相应的保险费用制度.而
的,即有顺序之别,如 1+ 2+ 6 不是一种组合,而是 6 种,因 此在总共 216 种组合中,点数和为 10、11 的情形各出现 27 次,而 9、12 的情形各 25 次,所以 10 和 11 点出现的机会要 多于 9 和 12 点,这与实际经验完全吻合.伽俐略的结果在 当时被认为是不可思议的,这也表明那个时代有许多人犯 了错误.后来法国数学家拉普拉斯( P.S. de Laplace,1749 ~ 1827) 在他的著名著作《 分析概率论》 ( 1814) 中,经常把伽 俐略对机会游戏的解答作为概率的一个基本原理来引用.
对早期的 机 会 游 戏 在 历 史 上 的 认 识, Kendall 指 出: “15 世纪末的机会学说是以赌博的形式出现. 而骰子的完 善和明确每个面发生的相等频率,对促进概率的概念化是 必不可少的.” [1] 当问到为何那个时候( 17 世纪) 前没有出 现概率理论时,Kendall 概括道:“ 对现象世界的基本态度, 受到宗教和道德的影响.” 更恰当地说,宗教和道德妨碍了 随机和概率概念在哲学上的理解,从而导致概率论诞生得 这么晚.因为即使在 17 世纪,人们也还没有完全抛弃已经 过时了的亚里士多德思想.所以,毫无疑问,17 世纪前所积 累的哲学思想影响了概率论的诞生.当然也可能还有另外 的原因:概率缺乏相应 的 实 际 需 要. 但 无 论 如 何, 从 古 代 到 17 世纪之前的各种保险的发展与统计的需要为概率论的 诞生奠定了基础,尤其是机会游戏中的“投掷问题” 更是使 概率理论已经到了呼之欲出的阶段.
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43-44 16 44-45 15 45-46 14 46-47 13
47-48 12 48-49 11 49-50 10 50-55 9
55-60 7 60-… 5
到了中世纪,人寿保险开始多样化,如在 1284 年,英 国开始讨论 事 故 或 疾 病 保 险, 准 许 为 不 治 之 症 或 盲 人 保 险,而意大利则在 12 世纪末就开始实施这种保险.但随后 的发展很缓慢,妨碍人寿保险的主要原因与赌博的发展有
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