中国古代数学

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在数学研究方面,密率(即祖冲之求得的π率) 是当时最好的结果,早于西方同样的发现近千年。 祖氏父子对球体积公式的精确推导,完成了刘徽 未完成的工作,创立的“祖暅原理”和方法具有 很强的理论意义。在今日的中学教材中,“祖暅 原理”仍是各种体积公式证明的基本原理。令人 遗憾的是,祖冲之的著作《缀术》早已失传,其 成就只散见于古代的典籍之中。
7 0 1 ( m o d 3 ) 0 ( m o d 5 ) 0 ( m o d 7 ) ( 1 )
2 1 0 ( m o d 3 ) 1 ( m o d 5 ) 0 ( m o d 7 ) ( 2 )
1 5 0 ( m o d 3 ) 0 ( m o d 5 ) 2 ( m o d 7 ) ( 3 )
在中国的历史上,商代的帝王除去第一帝“汤”之 外,其余各帝王的名字中第二个字都是十干中的某 一个“干”字。如盘寅、武丁、祖甲、太丁、帝乙、 帝辛(殷纣王)等。在甲骨文中有大量的干支表, 这些干支表尽管都有些残损,但从排列上看,全是 由上到下竖行排列,而且都是甲起头,10对一行, 排列整齐,说明商代人已有了序数的概念。
中国初等数学理论体系的形成时期
(春秋战国时代到西汉末年)
(一)《周髀算经》
(1)复杂的分数乘除运算; (2)计算太阳远近,用勾股定理; (3)测量太阳的高、远。
关于勾股定理的证明最早是由三国时期的赵 爽给出的,他是中国历史上首次对《周髀算经》 进行认真研究和注释的学者。
“勾股各自乘,并之为弦实,开方除之即为 弦。”即a2+b2=c2。
数学史是研究数学发展规律的科学
第四章 中国古代数学
中国古代数学的萌芽时期 初等数学理论体系形成时期
巅峰时期(宋元) 衰退时期(明清)
中国古代数学的萌芽时期(上古到春秋战国时期 )
历史回顾: 距今约一万年前,我国进入新石器时代,公 元前21(距今四千多年)世纪出现夏朝。约500 年后由商朝代替。公元前1200年建立周朝,公 元771年的周朝成为西周,以后进入春秋时代。 我们介绍的萌芽时期就是从上古到春秋战国时 期。
一、主要的数学成就(先秦数学)
(一)旧石器时代没有留下数学资料 (二)新石器时代(约一万多年前)的数学知识
(1)最早的数目观念:从一和多到二、三等等。 (2)对几何形状的认识(陶纺轮;平行线,折线, 三角形,长方形,圆,菱形,弧等)
对几何工具也有深刻认识,人们创造了规、矩、准、 绳等作图与测量工具。据《史记•夏本纪》记载,夏 禹治水时已使用了这些工具
此外《墨经》还有关于点、线、面、体的说明,以及它 们之间的关系。
中国初等数学理论体系的形成时期
(春秋战国时代到西汉末年)
从春秋战国时代起,数学在中国经过漫长岁 月的发展,到西汉末年出现了数学专著《九章 算术》 ,它的成书标志着我国传统数学理论体 系——初等数学理论体系的形成。
比九章算术稍早且流传下来的一部重要的著作, 严格的讲,它不是一本数学专著,是一部天文 学专著,但是它包含了相当深刻的数学内容。
作业(任选一题)
1.在春秋战国时期产生了那些重要的可与古希腊 媲美的数学思想,试将他们做一下比较。 2.《九章算术》主要内容有哪些,其具有世界意 义的成就又有哪些? 3.刘徽的《九章算术注》对于中国传统数学的形 式具有十分重要的意义,试阐述他的主要数学成 就?
巅峰时期(宋元)(960-1368)
r3
V球 = 4
V牟合方盖 =
4 r3 3
四、相关问题研究
(四)盈不足
“盈不足”章第1题:今有共买物,人出八盈三; 人出七不足四。问人数、物价各几何?
四、相关问题研究
小学数学中的盈不足问题: (1) 某校安排学生宿舍,如果每间5人,则有14人没有 床位;如果每间7人,则多4个床位.该校有宿舍间,学 生__人. (2) 把一包糖果分给小朋友们,如果每人分10粒,正 好分完;如果每人分16粒,则3人分不到,这包糖有___ 粒. (3)箱子里有若干只袜子,如果每次取7只,则剩下 6只,如果每次取9只,则差8只.箱子里___只袜子(4) 某校学生参加劳动,分成若干组,如果10人一组,正好 分完,如果12人一组,差10人.参加劳动的有__人.
《九章算术》是中国古代的一本传世数学名著, 一直作为中国传统数学的代表作,现在传世的是三 国时代刘徽于263年完成的注释本。
武 英 殿 聚 珍 版 丛 书 《 九 章 算 术 》 书 影
宋 刻 本 《 九 章 算 术 》 书 影
《九章算术》主要内容
第一章方田(分数四则运算和平面图形求面积) 第二章粟米(粮食交易的计算方法) 第三章衰分( cui,比例分配) 第四章少广(开平方与开立方) 第五章商功(体积计算) 第六章均输(运输中的均匀负担) 第七章盈不足(盈亏类问题计算) 第八章方程(一次方程组解法与正负数) 第九章勾股(勾股定理的应用) 书中收集了246个应用问题的解法.全书的编排方法是:先 举出问题,再给出答案,通过对一类问题解法的考察,最后 给出“术”。全书共有202个“术”。术,是一类问题的一 般算法描述,它是研究中国传统数学成果的主要依据.
一、主要的数学成就(先秦数学)
• (五)周易的八卦和64卦:
《周易》是我国古代专讲卜筮(bu’shi)的书, 约成书于殷商时期 ,包含数学内容最丰富的著作。 《易经》中利用爻卦的变化预测吉凶,分别用 “—”与“--”表示阳爻和阴爻,构成八卦、六 十四别卦。《周易》由《易经》和《易传》两部 分组成。自汉代开始,许多算学家都热衷于将算 法与《周易》相联系。
一、主要的数学成就(先秦数学)
• (三)记数的方法:
1.结绳和刻划
《易.系辞下》:“事大, 大结其绳;事小,小结 其绳。结之多少,随之 众寡。”
甲骨文中的数目字。甲 骨文中最大的数目字当 时已经达到“三万”。
• 2.商代的干支纪年法
在商代的记数法中还有一种六十循环的办法, 这就是主要用在历法上的所谓“天干地支”。 天干有10个:甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、 壬、癸; 地支有12个:子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、 申、酉、戌、亥。 从干、支的头一个字甲、子开始,依次各取一 个,配成甲子、乙丑、丙寅、……干或支取完了 接着循环再取,直到癸亥,共取60次以后,又 是出现甲子一个循环。
中国初等数学理论体系的形成时期
(春秋战国时代到西汉末年)
(三)刘徽成就
1.几何方面的成就 出入相补原理(割补法、以盈补虚法) 割圆术:推导圆面积,周长,或圆周率;
“割之弥细,所失弥少,割之又割,以至于不可 割,则与圆合体而无所失矣”。
截割原理:推导体积 2.代数方面的成就:开方理论、方程理论、级数 理论(等差;等比) 3.算术方面的成就:数系方面的贡献(正负数, 无理数)、 比率方面的贡献、整勾股数的贡献.
《周髀算经》书影
中国初等数学理论体系的形成时期
(春秋战国时代到西汉末年)
(二)《九章算术》
西汉年间,中国有了专门的数学著作:《许商算 术》、《杜忠算术》、《算数书》和《九章算术》, 其中前两部著作早已失传。《算数书》在1984年从 湖北张家山古墓中发掘出土的。据考证,《算数书》 是公元前206年-前179年的一部数学著作,它以实 际应用问题的形式编纂。
祖氏父子数学成就:
直到16世纪,德国人奥托与荷兰人安托尼兹又 重新推演出祖率。为了纪念祖冲之这一贡献,20 世纪的日本天文学家将自己发现的一颗行星以祖 冲之命名。从东汉以来的四百多年中,有关球体 体积的计算公式,经过张衡、刘徽等人的不懈研 究,最后由祖氏父子推出,成为中国数学史上的 一件大事。
四、相关问题研究
祖氏父子数学成就:
据《随书•律历志》记载,祖冲之求得的π值的 取值范围为3.141592 <π<3.1415927。
由于史料中没有祖冲之推算这个值的记载,后人 只能对其推导过程做出推测,一般认为它是利用 刘徽的割圆术得到的。然而要想用此法得到上述 结果,需要从正六边形起,连续的倍增正多边形 的边数,至24 576边形。这在当时的条件下是不 易做到的。
思考:2013年癸巳年,2014年是( )年?
• 3.算筹记数法和十进位值制
春秋战国之际,筹算 已得到普遍的应用,筹 算记数法已使用十进位 值制,这种记数法对世 界数学的发展是有划时 代意义的 。
一、主要的数学成就(先秦数学)
• (四)乘法口诀: 从出土的文物来看,春秋战国时期的文献中已 有乘法口诀。次序与现代不同,由“九九八十 一”开始。因此又称乘法口诀或乘法表为“九 九”,这种次序流行了一千六、七百年,直到 南宋初才改为现今的顺序。
刘徽在《九章算术注》的序中就写道:“昔在包 牺氏(伏羲)始画八卦,以通神明之德,以类万 物之情。作九九之术,以合六爻之变。”
一、主要的数学成就(先秦数学)
• (六)名家的思辨: 战国时期的诸子百家的名家,把“大一“定义为 “至大无外”,“小一”定义为“至小无内”。 还提出了“一尺之棰,日取其半,万世不竭”等 命题。这是世界数学史早期极限的数学思想之一。
中国初等数学理论体系的形成时期
(春秋战国时代到西汉末年)
(四)祖冲之与祖暅父子
33岁时,祖冲之编制《大 明历》,在祖冲之去世后 的第10年,这部历法得以 正式颁布。祖冲之作为地 方官员,在发展辖区经济 的过程中,亲自设计了各 种机械,如指南车、快船。 他还通晓音律,是位多才 多艺的科学家。
祖氏父子数学成就:
宋元数学四大家: 秦九韶,李冶,杨辉,朱世杰
贾宪、刘益、沈括等都作出了重要贡献 “四大家”的成就是以他们的成就为基 础的。所以,四大家的成就代表的是当 时中华民族所达到的科学文化水平。
1.秦九韶
南宋末年,生于四川安岳,
曾在湖北、江苏等地做官,
虽仕途坎坷,在数学研究上
却是成就卓著。其代表著作
是《数学九章》.
一、主要的数学成就(先秦数学)
• (七)《墨经》中的几何学: 墨家的代表作《墨经》记载了许多几何概念:
(1)“平,同高也”。这是“平”的定义,可能是指平行线。 (2)“直,叁也”。这是直线的定义,“叁”就是“三”,
是说三个点共线的问题。 (3)“中,同长也”.这是线段中点的定义。 (4)“圆,一中同长也”。“这是关于圆的定义。
中国初等数学理论体系的形成时期
(春秋战国时代到西汉末年)
刘徽的地位:
吴文俊:“从对数学贡献的角 度来衡量,刘徽应该与欧几里 得、阿基米德相提并论”。
梅荣照:“刘徽是整个中国古 代数学理论的奠基人”。
定位:如果按成就和创造性 的大小来论,刘徽在中国的数 学家中首推第一,另一位可以 和他相提并论的是祖冲之。
天干地支: 60周期
子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥
甲1
51
wenku.baidu.com
41
31
21
11

2
52
42
32
22
12
丙 13
3
53
43
33
23

14
4
54
44
34
24
戊 25
15
5
55
45
35

26
16
6
56
46
36
庚 37
27
17
7
57
47

38
28
18
8
58
48
壬 49
39
29
19
9
59

50
40
30
20
10 60
• 2.商代的干支纪年法
《九章算术》主要特点
(1)采用按类分章的数学问题集的形式; (2)算式都是从筹算记数法发展起来的; (3)以算术、代数为主,很少涉及图形性质; (4)重视应用,缺乏理论阐述等。
《九章算术》主要成就
《九章算术》取得了多方面的数学成就,包括:分数运算、 比例问题、双设法、一些面积、体积计算、一次方程组解法、 负数概念的引入及负数加减法则、开平方、开立方、一般二 次方程解法等。
在这本书中提出了“大衍
求一术(中国剩余定理)”
和“正负开方术”(即以增 乘开方法求高次方程正根的
秦九韶(南宋, 1202-1261)
方法),是非凡的数学创造。
大衍求一术(中国剩余定理)
《孙子算经》中的“物不数”:有物不知其数, 三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二。 问物几何?
x 2 ( m o d 3 ) 3 ( m o d 5 ) 2 ( m o d 7 )
(一)勾股章:定理的证明
四、相关问题研究
(一)勾股章:定理的证明
国 际 数 学 家 大 会 会 徽
四、相关问题研究
(二)割圆术
四、相关问题研究
(二)割圆术
四、相关问题研究
(三)球体积的推导
V球 : V牟合方盖 = π: 4
1 8
V牟合方盖 = V立方 — V阳马= r3 —
1 3
r3 =
2 3
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