第五部分
中國古代的數學、天文著作《周髀算經》,采用周公與商高對話的形式,對戰國以前的數學成就作了很好的科學總結。其中的《勾股章》裏,周公問商高古代伏羲是如何確定天球的度數的?天是不能用梯子攀登的,也無法用尺子衡量,數是從哪裏得來的呢?商高回答:數的藝術是從研究圓形和方形開始的,圓形是由方形產生的,而方形又是同折成直解的矩尺產生的。在研究矩形前需要知道九九口訣,設想把一個矩形沿對解線切開,把勾和股分別自乘,然後把它們的積加起來,再進行開方,便可以得到弦。
商高即說當直角三角形的兩條直角邊分別為3(短邊)和4(長邊)時,徑隅(就是弦)則為5。以後人們就簡單地把這個事實說成“勾三股四弦五”。由於勾股定理的內容最早見於商高的話中,所以人們就把這個定理叫作“商高定理”。也即是“勾股定理”。
《周髀算經》中國古代的數學家們不僅很早就發現並應用勾股定理,而且很早就嚐試對勾股定理作理論的證明。最早對勾股定理進行證明的,是三國時期吳國的數學家趙爽。趙爽創製了一幅“勾股圓方圖”,用形數結合得到方法,給出了勾股定理的詳細證明。他用幾何圖形的截、割、拚、補來證明代數式之間的恒等關係,既具嚴密性,又具直觀性,為中國古代以形證數、形數統一、代數和幾何緊密結合、互不可分的獨特風格樹立了一個典範。
這個定理在中國又稱為“商高定理”,在外國稱為“畢達哥拉斯定理”。為什麼一個定理有這麼多名稱呢?畢達哥拉斯是古希臘數學家,他是公元前5世紀的人,比商高晚出生500多年。希臘另一位數學家歐幾裏德在編著《幾何原本》時,認為這個定理是畢達哥達斯最早發現的,所以他就把這個定理稱為“畢達哥拉斯定理”,以後就流傳開了。最早提出剩餘定理的人
《孫子算經》約成書於四、五世紀,作者生平和編寫年代都不清楚。現在傳本的《孫子算經》共三卷。卷上敘述算籌記數的縱橫相間製度和籌算乘除法則,卷中舉例說明籌算分數算法和籌算開平方法。卷下第31題,可謂是後世“雞兔同籠”題的始祖,後來傳到日本,變成“鶴龜算”。
《孫子算經》具有重大意義的是卷下第26題,載有“物不知數”問題,在世界上最早提出了剩餘定理:“今有物不知其數,三三數之剩五,五五數之剩三,七七數之剩二,問物幾何?”意思是,有一批對象,不知道它的數目,3個3個地數最後剩2個,5個5個地數最後剩3個,7個7個地數最後剩2個,問這批物件一共是多少?顯然,這相當於求不定方程組:N=3x+2,N=5y+3,N=7z+2,它的正整數解N,或用現代數論符號表示,等價於解一次同餘組。可是,《孫子算經》沒有采取簡單的方法試算,而是指出了科學的剩餘計算方法:三三數之,取數70,與餘數二相乘;五五數之,取數21,與餘數三相乘;七七數之,取數15,與餘數二相乘。將諸乘積相加,然後減去105的倍數。列成算式就是:N=70×2+21×3+15×2-2×105,答案是N=23。
孫子算法的關鍵,在於70、21、15這三個數的確定。明代《算法統宗》中的“孫子歌”(三人同行七十稀,五樹梅花廿一枝,七子團圓正半月,除百令五便得知)中也暗指了這三個關鍵的數字。《孫子算經》雖然沒有說明這三個數的來曆,但其列出的式子完全符合現代數論中著名的剩餘定理的計算。