明清之际,西方的数学体系传入中国,中国的学者们在震惊之余,也不断反思,梳理中国古代数学发展的脉络,探究中国古代数学与当时的西方数学间的异同。经过一番研究比较,人们认为,当时的西方数学知识固然先进而自成体系,但其实也是中国"古已有之"的,不足为奇。康熙皇帝时代,"西学中源"说被不少学者认同,他们认为:商高、陈子等人的"勾股术",刘徽的"重差术",就是西方几何学的源头,李冶、朱世杰的"天元术"、"四元术",就是西方代数学的源头,杨辉、朱世杰等人的"垛积术",就是西方微积分的源头,等等。这种思想的形成,无疑源自长期以来中国人"古老而骄傲的"民族性格,我们的古人在数学方面付出了极大的努力,做出了巨大的贡献,让我们不要忘记这些光荣的名字:商高、陈子、刘徽、祖冲之、祖暅、沈括、秦九韶、杨辉、李冶、朱世杰……
中世纪(Middle Ages, 大约500--1400 )的漫漫长夜长达近千年,代表事件分别是罗马帝国的灭亡与文艺复兴。中世纪的数学最辉煌的地域是中国(宋元四大家)、印度(婆罗摩笈多)、波斯(海亚姆)、意大利(斐波那契).
十三世纪的宋元时期,中国古代的数学发展又迎来了一个黄金时代,达到了一个新的高峰,可惜这是中国古代数学史上的最后一个高峰,此后,中国古代数学再也没有突破性的进展,而西方的数学研究则取得了飞跃的进步。
在这个最后的黄金时代,中国出现了四位最重要的数学家,被后人称为"宋元四大家",他们是南宋的秦九韶、杨辉,金元时期的李冶,元朝的朱世杰。
1、宋元四大家之秦九韶,
秦九韶,字道古,生于安岳(今四川安岳县)。南宋数学家、官员。代表作《数书九章》18卷(我表示遗憾:北师大版高中数学教材必修5 第51页居然说成《数学九章》!)。
成就:①中国剩余定理(秦九韶定理),比西方的欧拉早500年。它包含在一个称为"大衍总数术"的巧妙算法中。②高次方程的数值解法,比西方的霍纳早500年。③三角形的海伦--秦九韶面积公式(据说这公式阿基米德也已经知道)
2、宋元四大家之李冶
李冶,字仁卿,栾城(今河北栾城县)人,南宋数学家、天文学家、历史学家,进士出身,曾有官职,后归隐封龙山收徒讲学。著有《测圆海镜》、《益古演段》;
其贡献在于引入了名为"天元"(相当于"嫌疑人X")的未知数概念,创立了利用未知数建立方程的方法(天元术),为几何的代数化铺平了道路。此外,李冶还与秦九韶各自独立地引进记号〇表示空位。至此,中国十进制完善了。
3、宋元四大家之杨辉
杨辉,字谦光,临安(今杭州)人,南宋数学家和数学教育家,曾担任地方官。
著有《详解九章算法》、《日用算法》、《杨辉算法》;
成就:发扬光大了沈括、贾宪的数学成就。此外,杨辉还是中国第一个系统研究幻方(Magic square)的人。最早的幻方也出自中国,洛书,又称九宫格。
3、宋元四大家之朱世杰
朱世杰(13世纪末到14世纪初)是中国古代数学家.字汉卿,号松庭,燕山(今北京附近)人,生卒年不详.元统一中国后,他曾以数学家的身份周游各地20余年,向他求学的人很多,他到广陵(今扬州)时"踵门而学者云集".他全面继承了前人数学成果,既吸收了北方的天元术,又吸收了南方的正负开方术、各种日用算法及通俗歌诀,在此基础上进行了创造性的研究,写成以总结和普及当时各种数学知识为宗旨的《算学启蒙》(3卷),又写成四元术的代表作--《四元玉鉴》(3卷),先后于:1299年和1303年刊印.朱世杰是元朝享有盛誉的职业数学家,后人称他"以数学名家,周游湖海二十余年","踵门而学者云集",学术地位非同一般。《算学启蒙》是一部通俗数学名著,曾流传朝鲜、日本等国,古代朝鲜曾以《算学启蒙》开科取士,深刻影响了这些国家的数学教育和发展历史。《四元玉鉴》则是中国宋元时期数学高峰的又一个标志,其中最杰出的数学成就有"四元术"、"垛积术"与"招差术"等。
《算学启蒙》由浅入深,从一位数乘法开始,一直讲到当时的最新数学成果――天元术,形成一个完整体系.书中明确提出正负数乘法法则,给出倒数的概念和基本性质,概括出若干新的乘法公式和根式运算法则,总结了若干乘除捷算口诀,并把设辅助未知数的方法用于解线性方程组.
《四元玉鉴》的主要内容是四元术,即多元高次方程组的建立和求解方法.秦九韶的高次方程数值解法和李冶的天元术都被包含在内.朱世杰的主要贡献是创造了一套完整的消未知数方法,称为四元消法.这种方法在世界上长期处于领先地位,直到18世纪,法国数学家贝祖(Bezout)提出一般的高次方程组解法,才超过朱世杰.除了四元术以外,《四元玉鉴》中还有两项重要成就,即创立了一般的高阶等差级数求和公式及等间距四次内插法公式,后者通常称为招差术.此书代表着宋元数学的最高水平,美国科学史家萨顿(G.Sarton)称赞它"是中国数学著作中最重要的一部,同时也是中世纪的杰出数学著作之一."
朱世杰处于中国传统数学发展的鼎盛时期.当时社会上"尊崇算学,科目渐兴",数学著作广为传播.在宋元时期的数学群英中,朱世杰的工作具有特殊重要的意义.如果把诸多数学家比作群山,则朱世杰是最高大、最雄伟的山峰.站在朱世杰数学思想的高度俯嫩传统数学,会有"一览众山小"之感.来世杰工作的意义就在于总结了宋元数学,使之在理论上达到新的高度.这主要表现在以下三个领域.