我們偉大的祖國,作為世界四大文明古國之一,在數(shù)學(xué)發(fā)展的歷史長河中,曾經(jīng)作出許多杰出的貢獻(xiàn). 這些光輝的成就,遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在世界的前列,在世界數(shù)學(xué)史上享有崇高的榮譽.
一、 位置值制的最早使用
所謂位置值制,是指同一個數(shù)字由于它所在位置的不同而有不同的值. 例如,365中,數(shù)字3表示三百,6表示六十.
用這種方法表示數(shù),不但簡明,而且便于計算. 采用十進(jìn)位置值制記數(shù)法,以我國為最早. 在考古發(fā)掘的殷墟甲骨文中,就曾發(fā)現(xiàn)13個記數(shù)單字,它們是:
用9個數(shù)字與4個位置值的符號,可以表示出大到上萬的自然數(shù),已經(jīng)有了位置值制的萌芽. 到了春秋戰(zhàn)國時期,我們的祖先已普遍使用算籌來進(jìn)行計算. 在籌算中,完全是采用十進(jìn)位置值制來記數(shù)的,既比古巴比倫的六十進(jìn)位置值制方便,也比古希臘、羅馬的十進(jìn)非位置值先進(jìn). 這種先進(jìn)的記數(shù)制度,是人類文明的重要里程碑之一,是世界數(shù)學(xué)史上無與倫比的光輝成就.
二、 分?jǐn)?shù)的最早使用
西漢時期,張蒼、耿壽昌等學(xué)者整理、刪補自秦代以來的數(shù)學(xué)知識,編成了《九章算術(shù)》. 在這本數(shù)學(xué)經(jīng)典的《方田》章中,提出了完整的分?jǐn)?shù)運算法則.
從后來劉徽所作的《九章算術(shù)注》可以知道,在《九章算術(shù)》中,講到約分、合分(分?jǐn)?shù)加法)、減分(分?jǐn)?shù)減法)、乘分(分?jǐn)?shù)乘法)、約分(分?jǐn)?shù)除法)的法則,與我們現(xiàn)在的分?jǐn)?shù)運算法則完全相同. 另外,還記載了課分(比較分?jǐn)?shù)大小)、平分(求分?jǐn)?shù)的平均值)等關(guān)于分?jǐn)?shù)的知識,是世界上最早的系統(tǒng)敘述分?jǐn)?shù)的著作.
分?jǐn)?shù)運算,大約在15世紀(jì)才在歐洲流行. 歐洲人普遍認(rèn)為,這種算法起源于印度. 實際上,印度在七世紀(jì)婆羅門笈多的著作中才開始有分?jǐn)?shù)運算法則,這些法則都與《九章算術(shù)》中介紹的法則相同. 而劉徽的《九章算術(shù)注》成書于魏景元四年(263年),所以,即使與劉徽的時代相比,我們也要比印度早400年左右.
三、 小數(shù)的最早使用
劉徽在《九章算術(shù)注》中介紹,開方不盡時用十進(jìn)分?jǐn)?shù)(徽數(shù),即小數(shù))去逼近,首先提出了關(guān)于十進(jìn)小數(shù)的概念. 宋元時期,秦九韶、李冶都將1863.2寸表示為 ,與現(xiàn)在的記法基本相同. 到公元 1300年前后,元代劉瑾所著《律呂成書》中,已將106368.6312寫成
把小數(shù)部分降低一行寫在整數(shù)部分的后邊. 而西方的斯臺汶直到1585年才有十進(jìn)小數(shù)的概念,且他的表示方法遠(yuǎn)不如中國先進(jìn),如上述的小數(shù),他記成 或106368 . 所以,我們完全可以自豪地宣稱:中國是世界上最先使用小數(shù)的國家.
四、 數(shù)的最早使用
在《九章算術(shù)》中,已經(jīng)引入了負(fù)數(shù)的概念和正負(fù)數(shù)加減法則. 劉徽說:“兩算得失相反,要令正負(fù)以名之”,這是關(guān)于正負(fù)數(shù)的明確定義,書中給出的正負(fù)數(shù)加減法則,和現(xiàn)在教科書中介紹的法則完全一樣.
這些內(nèi)容出現(xiàn)在書上的《方程章》中,是為解方程(組)服務(wù)的,如該章的第八題是:
今有賣牛二、羊五,以買十三豕,有余錢一千;賣牛三、豕三,以買九羊,錢適足;賣羊六、豕八,以買五牛,錢不足六百. 問牛、羊、豕價各幾何?
其解法為:
術(shù)曰:如方程,置牛二、羊五正,豕十三負(fù),余錢數(shù)正:次置牛三正,羊九負(fù),豕三正;次置牛五負(fù),羊六正,豕八正,不足錢負(fù). 以正負(fù)術(shù)人之.
這里所說的意思就是:若每頭牛、羊、豕的價格分別用x、y、z表示,則可列出如下的方程(組):
2x+5y-13z=1 000,
3x-9y+3z=0,
-5x+6y+8z=-600.
然后利用正負(fù)數(shù)去計算結(jié)果. 在方程的各項系數(shù)及常數(shù)項中都出現(xiàn)了負(fù)數(shù),在世界上率先把負(fù)數(shù)運用于計算之中.
在國外,有很長時期認(rèn)為負(fù)數(shù)是一種“荒謬的數(shù)”,被摒棄于數(shù)的大家庭之外. 直到公元7世紀(jì),印度的婆羅門笈多才開始認(rèn)識負(fù)數(shù),歐洲第一個給予正負(fù)數(shù)以正確解釋的是斐波那契,但他們已分別比我們的祖先晚七百多年和一千年左右.
五、 二項式系數(shù)的規(guī)律的最早發(fā)現(xiàn)
在學(xué)習(xí)了多項式乘法以后,不難知道:
(a+b)↑1=a+b;
(a+b)↑2=a↑2+2ab+b↑2;
(a+b)↑3=a↑3+3a↑2b+3ab↑2+b↑3;
(a+b)↑4=a↑4+4a↑3b+6a↑2b↑2+4ab↑3+b↑4;
(a+b)↑5=a↑5+5a↑4b+10a↑2b↑3+5ab↑4+b↑4.
等等. 那么,上述等式右端各項的系數(shù)有什么規(guī)律呢?
1261年,我國宋代數(shù)學(xué)有楊輝曾在他所著的《詳解九章算法》中給出一個“開方作法本源”圖(見下圖),把指數(shù)分別
為0—6的二項式系數(shù)—一列出,并且指明,“開方作法本源出《釋鎖算書》,賈憲用此術(shù).”賈憲是北宋時期的數(shù)學(xué)家,生平不詳,大約生活在11世紀(jì)上半葉,這就是說,我國早在11世紀(jì)就已經(jīng)認(rèn)識了二項式各項系數(shù)的規(guī)律. 現(xiàn)在,我們把這個規(guī)律簡稱為“賈憲三角形”.
在國外,直到15世紀(jì),阿拉伯的數(shù)學(xué)家阿爾·卡西才用直角三角形表示了同樣意義的三角形. 1527年,德國人阿皮亞納斯在其所著的一本算術(shù)書的封面上也曾印有這個二項式系數(shù)表. 16、17世紀(jì),歐洲還有許多數(shù)學(xué)家也都提出過類似賈憲的三角形,其中以帕斯卡最為有名,歐洲人把這種二項式系數(shù)表稱為“帕斯卡三角形”,但那已經(jīng)是1654年的事了,時間要比賈憲晚600多年,就是與楊輝相比,也要落后近400年.
當(dāng)然,在世界數(shù)學(xué)發(fā)展史上,中國數(shù)學(xué)的“世界之最”遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止上面介紹的五個方面. 但由此可以看到,我們的祖國是一個歷史悠久的文明古國,我們中華民族是一個對世界文明的發(fā)展作出過許多貢獻(xiàn)的偉大民族,我們的祖先在數(shù)學(xué)方面所取得的輝煌業(yè)績,必將彪炳千古,為世界各國人民所贊頌.