第15章 中國算學(1 / 1)

講到古代天文學的時候,我們曾提到古人測量天體運行的數據驚人的準確。這無疑說明,中國古代的數學水平同樣很高,因為不掌握周密的計算方法是得不出那麼精確數據的。我國古代人們把數學稱為“算學”,它是與天文學同步而行的,天文離不開算學,算學也在測量天體中步步向前發展。中國數學,特別是在計算方麵,長期領先於世界,它的悠久曆史和成就,世所罕見。

兩千多年前的先秦時期,我們的祖先在紙尚未出現的時候,是用“籌”來計算的。籌是用竹子或木頭做的長短粗細一樣的小圓棍,用它來算數的方法就是籌算法。別看這些小竹棍小木棍不起眼,它可是幫助人們認識了“數”的奧秘,創造了輝煌的成就。古人運用籌算的縱橫排列組合,調位空位,在那個時候就已經創造了完善的十進位記數法,掌握了整數和分數的四則運算,掌握了勾股定理,掌握了開平方開立方和比例算法,學會了解方程,懂得負數的概念並用於計算。這在當時的世界上都是最先進的,比歐洲和印度早了幾百年,甚至上千年。再往後,數學上的一些難題,像剩餘數、圓周率、高次方程解法、三角學、內插法等等,都被我國古代數學家攻破。我國還是最早使用“小數”的國家。元明以後,古人又發明了中國獨有的“珠算”。用算盤計算,在電子計算機之前是最快捷方便的方法,至今仍被廣泛使用,堪稱中國數學的一絕。

古代數學的非凡成就,是數學家們務實求實精神的生動體現。在幾千年中,他們為後代留下了豐厚的算學著作,大約有兩千多種。唐代以前的“算經十書”在傳播數學知識方麵起了極大作用。其中的《九章算術》最為有名。《九章算術》是西漢的張蒼等人在先人“九數”的基礎上,加以補充整理而成的。書裏列出了近百條算學公式和解法,還有兩百多道應用題。這部書被推崇為算經之首,在中國在外國都有很大影響。宋元兩代,是中國算學發展的高峰,出現了賈憲、秦九韶、李治、朱世傑、楊輝等名家,他們取得的許多成果,比西方學者都早了幾百年。

我們現在印象最深的古代算學成就,莫過於祖衝之的圓周率了。其實,在祖衝之以前,就有不少人在研究這個問題,因為求圓的周長、麵積、體積,是算術中經常遇到的問題,而周長與直徑的比值,又是關鍵的一個常數。從先秦到兩漢,許多數學家,包括張衡等人,都力圖求得準確的圓周率,最早都是用“周三徑一”來計算,顯然不夠精確。於是,古人狠下了功夫要突破這道難關。三國時代的劉徽首創了割圓術,在圓內做正多邊形,並得出“割之彌細,所失彌少。割之又割,以至於不可割,則與圓合體而無所失”的結論。經過艱苦耐心地計算,他得出了“3.1416”的結果。到南北朝時期,祖衝之和兒子祖暅(gèng)用割圓術又一次攻關。要知道,那時候沒有什麼精密的儀器,全靠父子倆憑雙手畫圓做邊,量出長度再進行運算。這需要多大的毅力和精細的作風啊,稍差一點兒就可能使結果遠離真理。祖氏父子一絲不苟,終於獲得成功,得到了圓周率在3.1415926和3.1415927之間,比歐洲人得出這個結論早了一千多年。

還有剩餘定理,也是中國算學的偉大成就。南北朝時期,《孫子算經》中就對數學中同餘問題做了解答:比如某個數被三除餘二,被五除餘三,被七除也餘二,這個數是多少呢?如果多想想,答案並不難找到,可要用算術解出來就不容易了。南宋的秦九韶為此提出了“大衍求一術”,圓滿解決了這個問題,為解答同類問題找到了鑰匙。外國數學家說他是“最幸運的天才”,是那個時代“最偉大的數學家”。

有些人以為中國古代對幾何學的研究不如歐洲人成就大。這個印象是不符合實際的。我們的祖先對麵積、體積、測量這些問題很早就非常重視,相傳大禹在治水的時候,就手拿著準繩和規矩,進行測量了。因為重視天文,古人在測望太陽和其他天體的大小、遠近、高低時,發明了有效的測量法,解決了許多複雜的天體和地形的測算問題。對於解直角三角形的勾股定理,古代數學家也早就認識到了。

中國古代算學的成就是多方麵的,而且和天文學一樣,講求實用。追求算得準,算得快,算得簡便易學,目的是為了解決生產和生活中的實際問題。中國人喜歡務實,解決各種實際問題。這個習性在數學上也表現得很突出。這與以古希臘數學為代表的西方數學有很大不同。古希臘數學家注重嚴密的推理和思辨,而不大關心計算的應用,東西方數學各有特點。但從數學的曆史上看,中國算學為現在數學樹立了榜樣,它的實用性和籌算、珠算等操作技術,為電子計算機的理論設計和程序化操作,提供了寶貴經驗。它啟發著後人的智慧,為現代和未來數學的發展提供了營養基地。