假如你对数学的历史发展,对于一个领域的发生和发展,对一个理论的兴旺和衰落,对以个股概念的来龙去脉,对一种重要思想的产生和影响等这许多历史因素都弄清了,我想,对数学就会了解得多,对数学的现状就会知道得更清楚、深刻,还可以对数学的未来起一种知道作用,也就是说,可以知道数学究竟应该按怎样的方向发展可以收到最大的效益”——吴文俊
数学是人类智慧的结晶,在万年之后,我们再來回首与之相关的一个一个重要时刻,畅游在这时空之中,与各位大师相遇相识,惊叹数学在人类文明发展中都有些什麼让人惊叹的瞬间!
一、60年:海伦公式
形式漂亮的公式
海伦公式亦称“海伦-秦九韶公式”,此公式是亚历山大港的希罗发现的,用此公式可以根据给出三角形三边长来求出面积。
图1
中国南宋末年数学家秦九韶发现或知道等价的公式,不过像中国古代的数学家一样,他的方法没有证明。 根据现代数学家吴文俊的研究,秦九韶公式可由出入相补原理得出。
二、77年:《博物志》
罗马时期最重要的百科全书
《博物志》是古罗马学者老普林尼在77年写成的一部著作,全书共37卷,分为2500章节,引用了古希腊327位作者和古罗马146位作者的2000多部著作。在书成后1500年间,共出了40多版。
图2
三、105年:蔡伦改良造纸术
中国古代四大发明之一
蔡伦只是改进造纸术的重要发展者,使造纸的成功率更高,成本更低。它使得文明的传播速度更便捷、传播成本更低,它促使了纸质书的出现,所以说这是一项极其伟大的发明。
图3:《天工开物》所载中国古代造纸术的流程
四、约140年:托勒密的《天文学大成》
提出了地心说,并发展了三角学
《天文学大成》是埃及亚历山大的天文学家托勒密编纂的一部数学与天文学专著,提出了恒星和行星的复杂运动路径,是古代最有影响的天文学著作。
图4
该书对数学也很有价值,因为它记载了古希腊数学家依巴谷已经遗失的著作。
五、250年:丢番图的《算术》
与欧几里得《几何原本》相媲美
丢番图是古希腊亚历山大港的数学家,与半个世纪后的波斯数学家花拉子密共享“代数之父”之称。他作著的丛书《算术》(Arithmetica)研究数论,讨论一次,二次以及个别的三次方程,还有一些不定方程。对于具有整数系数的不定方程,如果只考虑整数解,这类方程被称为丢番图方程,对后来的数论研究者都有很深的影响。
图5
丢番图用一种非常特别的方式撰写了他的墓志铭。
这个墓裡长眠着丢番图。
啊!多么伟大的人呀!
上帝给予的童年占六分之一,
又过十二分之一,两颊长鬍,
再过七分之一,完成终身大事。
五年后天赐贵子,可怜迟到的宁馨儿,
享年仅及其父之半,便进入冰冷的墓,
在充满悲伤的四年后,他也走完了人生的旅途。
所以要想要知道丢番图的真实年纪,还需要动手计算一下。
六、263年:刘徽注释《九章算术》
东方古代数学泰斗
刘徽用割圆术计算圆周率,得到圆周率的近似值为3.14;证明圆面积公式,提出解决球体积的方法;推导四面体及四棱锥体积等,包含有极限思想。
图6
七、约350年:巴克沙里手稿
"0"的发明
该手稿出土于1881年在印度西北一个叫巴克沙里的村落,大部分已经破损,只有约70页白桦树皮残简。
图7
手稿里已经开始用"•"表示零;把分子记在分母之上,无分数线,带分数的整数部分又置于分子之上;给出不尽根近似计算公式。
八、415年:希帕提娅的殉难
数学史中第一位女数学家
希帕提娅曾是是新柏拉图学派的领袖,居住在希腊化时代古埃及的亚历山大港,对该城的知识社群做出了极大贡献。她身处于当时的“异教徒”与基督徒的冲突之间,后被一位信奉基督的暴民残忍杀害。
图8:油画和电影《城市广场》中形象
希帕提娅的惨死导致大批学者离开亚历山大,标志其该城学术中心的衰落。亚历山大图书馆累计数百年的文献也被基督教徒惨遭摧毁,至此持续发展了数个世纪的希腊数学从此停滞不前。数学的发展由西往东,由阿拉伯和印度接棒继续前行。
九、约462年:祖冲之的圆周率
比欧洲早出整整一千年之久的圆周率结果
他算出圆周率在3.1415926 ~ 3.1415927之间,祖冲之的这一结果精确到小数点后第7位,直到一千多年后才由15世纪的阿拉伯数学家阿尔·卡西以17位有效数字打破此记录。
图9
并按照当时使用分数的习惯,还算出两个分数的表示形式:22/7为约率,355/113为密率(现称祖率)。
十、499年:印度阿耶波多著《阿那波多历数书》
日心说的提出
印度的著名数学家及天文学家总结了当时印度的天文,算术,代数与三角学知识;计算出圆周率为3.1416;尝试以连分数解不定方程;阿耶波多对三角学的贡献很大,认为圆弧与弦长应用同一单位来度量,这里包含着弧度制的思想。
图10
他还根据天文观测,提出日心说,并发现日月食的成因。印度在1975年发射的第一颗人造卫星以他的名字命名。
十一、约650年:数字0
在印度0作为数字被广泛使用
数字0最初由空格来表示,后来用点"•"表示,而用圆圈符号" 0 "表示零也是印度人的一项伟大发明。
图11
直到11世纪,0~9这十个数字的印度数字系统才趋于成熟——不仅把 0 看做记数法中的空位,而且也把它当做可以参与计算的数。
十二、825年:印度—阿拉伯数字系统
印度数字系统由阿拉伯人传入欧洲
来自印度的数字系统符号出现在波斯数学家的花拉子米(Muhammed ibn-Musaa l - Khwarizmi)《印度数字算术》中,随着书籍被带入欧洲,书中介绍的整个数字系统被广泛使用,罗马数字也逐渐被代替使用。
图12
由于认为是阿拉伯人创造出的数字符号的,故欧洲人都称作阿拉伯数字。
十三、830年:阿尔·花拉子米《代数》
另一位“代数之父”
阿尔·花拉子米是波斯数学家,其名字的拉丁文音则为“算法”(Algorithm),这就是现在算法一词的由来。他对数学、地理、天文学及地图学的贡献为代数及三角学的革新奠下基础,其对解决一次方程及一元二次方程的方法催生了代数,代数(algebra)一词由其著作《代数学》而得。
图13
他也是巴格达智慧宫的学者,该场所是集图书馆,翻译和教育的地方,被为伊斯兰黄金时代的一个主要学术中心。智慧之家在1258年的被蒙古人摧毁。据传大量的书籍被丢弃在河里,墨水使底格里斯河的河水染黑达六个月之久。
图14:智慧宫想象图
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