數學對人類的影響是非常深遠的。數學知識或數學結果,可能隨時光消逝而成為過去。但“數學是鍛煉思維的體操”,數學的重要性不僅僅是它蘊涵在各個知識領域之中,而且更重要的是它能很好地鍛煉人的思維,有效地提高理性思維能力,而這種能力(理解能力、分析能力、運算能力)則是關係到學習效率的更重要的因素。
輝煌的中國數學史
在四大文明古國中,中國數學持續繁榮時期最為長久。在古代著作《世本》中就已提到黃帝使“隸首作算數”,但這隻是傳說。在殷商甲骨文記錄中,中國已經使用完整的十進製記數,春秋戰國時代,又開始出現嚴格的十進位製籌算計數。籌算作為中國古代的計算工具,是中國古代數學對人類文明的特殊貢獻。
五千多年前的仰韶文化時期的彩陶器上,繪有多種幾何圖形,仰韶文化遺址中還出土了六角和九角形的陶環,說明當時已有一些簡單的幾何知識。
我國是世界上最早使用十進製計數的國家之一。商代甲骨文中已有十進製計數,最大數字為三萬。商和西周時已掌握自然數的簡單運算,已會運用倍數。
從公元前後至公元14世紀,中國古典數學先後經曆了三次發展高潮,即秦漢時期、魏晉南北朝時期和宋元時期,並在宋元時期達到頂峰。
秦漢時期數學的發展
秦漢是中國古代數學體係形成的時期,它的主要標誌是算術已成為一個專門的學科,以及以《九章算術》為代表的數學著作的出現。
成書於東漢初年的《九章算術》,是秦漢封建社會創立並鞏固時期數學發展的總結,就其數學成就來說,堪稱是世界數學名著。書中已經有分數四則運算、開平方與開立方以及二次方程數值解法、各種麵積和體積公式、線性方程組解法、正負數運算的加減法則、勾股定理和求勾股數的方法等,水平都是很高的。其中方程組解法和正負數加減法則在當時的世界數學發展上是遙遙領先的。
秦漢時期的數學多強調實用性,偏重於與當時生產、生活密切相結合的數學問題及其解法。《九章算術》後來傳到了日本、歐洲等國家,對世界數學的發展作出了很大的貢獻。
魏晉南北朝時期數學的發展
魏、晉時期出現的玄學到南北朝時非常繁榮,玄學掙脫了漢儒經學的束縛,思想比較活躍;它詰辯求勝,又能運用邏輯思維,分析義理,這些都有利於數學從理論上加以提高。其中吳國趙爽注《周髀算經》,魏末晉初劉徽撰《<;九章算術>;注》以及《九章重差圖》都是出現在這個時期。他們為中國古代數學體係奠定了理論基礎。趙爽是中國古代對數學定理和公式進行證明與推導的最早的數學家之一,他在《周髀算經》書中補充的“勾股圓方圖及注”和“日高圖及注”是十分重要的數學文獻。在“勾股圓方圖及注”中他提出用弦圖證明勾股定理和解勾股形的五個公式;在“日高圖及注”中,他用圖形麵積證明漢代普遍應用的重差公式,趙爽的工作是具有開創性的,在中國古代數學發展中占有重要地位。劉徽的《<;九章算術>;注》不僅是對《九章算術》中提到的方法、公式和定理進行了一般的解釋和推導,而且在論述的過程中有很大的發展。劉徽還創造割圓術,利用極限的思想證明圓的麵積公式,並首次用理論的方法計算圓周率,他還用無窮分割的方法證明了直角方錐與直角四麵體的體積比恒為2:1,解決了一般立體體積的關鍵問題。在證明方錐、圓柱、圓錐、圓台的體積時,劉徽為徹底解決球的體積提出了正確途徑,但他並沒有給出公式。
東晉以後,中國長期處於戰爭和南北分裂的狀態,經濟文化也開始南移,這促進了南方數學的快速發展。這一時期的代表有祖衝之和他的兒子祖暅,祖衝之父子在劉徽《<;九章算術>;注》的基礎上,把傳統數學大大向前推進了一步。他們計算出圓周率在3.1415926-3.1415927之間,使中國在圓周率計算方麵,比西方領先約一千年之久。而他的兒子祖暅則總結了劉徽的有關工作,提出“冪勢既同則積不容異”,即等高的兩立體,若其任意高處的水平截麵積相等,則這兩立體體積相等,這就是著名的祖暅公理。祖暅應用這個公理,解決了劉徽尚未解決的球體積公式。
宋元時期數學的發展
宋元時期,農業、手工業、商業空前繁榮,科學技術突飛猛進,火藥、指南針、印刷術三大發明就是在這種經濟高漲的情況下得到廣泛應用。一些數學書籍的印刷出版,為數學發展創造了良好的條件。在這期間,出現了一批著名的數學家和數學著作,如賈憲的《黃帝九章算法細草》,劉益的《議古根源》,秦九韶的《數書九章》,李冶的《測圓海鏡》和《益古演段》,楊輝的《詳解九章算法》《日用算法》和《楊輝算法》,朱世傑的《算學啟蒙》《四元玉鑒》等,在很多領域都達到古代數學的高峰,其中一些成就也是當時世界數學的高峰。