数学的起源与早期发展

数学的起源与早期发展 第一讲 数学的起源与早期发展 主要内容:数与形概念的产生、河谷文明与早期数学、西汉以前的中国数学。 1、数与形概念的产生 从原始的“数”到抽象的“数”概念的形成，是一个缓慢、渐进的过程。原始社会末期，人们对数的概念比较模糊，因而在进行物物交换时显得很不方便，“数”概念的形成就显得非常迫切。也就是说，人从社会生产活动中认识到了具体的数，导致了记数法。“屈指可数”明人类记数最原始、最方便的工具是手指。 如，手指计数(伊朗，1966)，结绳计数(秘鲁，1972)(美国自然史博物馆藏有古代南美印加部落用来记事的绳结，当时人称之为基普)，文字5000年(伊拉克，2001)(楔形数字)，西安半坡遗址出土的陶器残片。 早期几种记数系统，如古埃及、古巴比伦、中国甲骨文、古希腊、古印度、玛雅(玛雅文明诞生于热带丛林之中，玛雅是一个地区、一支民族和一种文明，分布在今墨西哥的尤卡坦半岛、危地马拉、伯利兹、洪都拉斯和萨尔瓦多西部)等。 世界上不同年代出现了五花八门的进位制和眼花缭乱的记数符号体系，足以证明数学起源的多元性和数学符号的多样性。 2、河谷文明与早期数学 2.1 古代埃及的数学 背景:古代埃及简况 埃及文明上溯到距今6000年左右，从公元前3500年左右开始出现一些小国家，公元前3000年左右开始出现初步统一的国家。 古代埃及可以分为5个大的历史时期:早期王国时期(公元前3100,前2688年)、古王国时期(前2686,前2181年)、中王国时期(前2040,前1768年)、新王国时期(前1567,前1086年)、后期王国时期(前1085,前332年)。 (1)古王国时期:前2686,前2181年。埃及进入统一时代，开始建造金字塔，是第一个繁荣而伟大的时代。 (2)新王国时期:前1567,前1086年。埃及进入极盛时期，建立了地跨 亚非两洲的大帝国。 直到公元前332年亚历山大大帝征服埃及为止。 埃及人创造了连续3000多年的辉煌历史，建立了国家，有了相当发达的农业和手工业，发明了铜器、创造了文字、掌握了较高的天文学和几何学知识，建造了巍峨宏伟的神庙和金字塔。 吉萨金字塔(公元前2600年)(刚果，1978)，它显示了埃及人极其精确的测量能力，其中它的边长和高度的比例约为圆周率的一半。 古埃及最重要的传世数学文献:纸草书，来自现实生活的数学问题集。 莱茵德纸草书(1858年为苏格兰收藏家莱茵德购得，现藏伦敦大英博物馆，主体部分由84个数学问题组成，其中还有历史上第一个尝试“化圆为化”的公式)。 莫斯科纸草书(1893年由俄国贵族戈列尼雪夫购得，现藏莫斯科普希金精细艺术博物馆，包含了25个数学问题)。 埃及纸草书(民主德国，1981)。 数学贡献:记数制，基本的算术运算，分数运算，一次方程，正方形、矩形、等腰梯形等图形的面积公式，近似的圆面积，锥体体积等。 公元前4世纪希腊人征服埃及以后，这一古老的数学完全被蒸蒸日上的希腊数学所取代。 2.2 古代巴比伦的数学 背景:古代巴比伦简况 两河流域(美索不达米亚)文明上溯到距今6000年之前，几乎和埃及人同时发明了文字“楔形文字”。 (1)古巴比伦王国:公元前1894,前729年。汉穆拉比(在位前 1792,前 1750)统一了两河流域，建成了一个强盛的中央集权帝国，颁布了著名的《汉穆拉比法典》。 (2)亚述帝国:前8世纪,前612年，建都尼尼微 (今伊拉克的摩苏尔市)。 (3)新巴比伦王国:前612,前538年。尼布甲尼撒二世(在位前604,前562年)统治时期达到极盛，先后两次攻陷耶路撒冷，建成世界古代七大奇观之一的巴比伦“空中花园”。世界古代七大奇观指埃及金字塔、巴比伦空中花园、 阿苔密斯神殿、摩索拉斯陵墓、宙斯神像、亚历山大灯塔、罗德岛太阳神铜像，他们是分布于西亚、北非和地中海沿岸的古迹，是古代西方人眼中的全部世界，而中国的长城距他们太远了。记录者古希腊哲学家费隆?拜占廷说过:“心眼所见，永难磨灭”。 公元前6世纪中叶，波斯国家逐渐兴起，并于公元前538年灭亡了新巴比伦王国。 了解古代美索不达米亚文明的主要文献是泥版，迄今已有约50万块泥版出土。苏美尔计数泥版(文达，1982)。 现在泥版文书中大约有300多块是数学文献:以60进制为主的楔形文记数系统，长于计算，发展程序化算法的熟练技巧(开方根)，能处理三项二次方程，有三次方程的例子，三角形、梯形的面积公式，棱柱、方锥的体积公式。 泥版楔形文，普林顿322(现在美国哥伦比亚大学图书馆，年代在公元前1600年以前，数论意义:整勾股数)。 巴比伦泥板和彗星(不丹，1986)。 2.3 西汉以前的中国数学 黄河壶口瀑布(中国，2002) 夏本纪》大禹治水(公元前21世纪) 中提到“左规矩，右准绳”，《史记? 表明使用了规、矩、准、绳等作图和测量工具，而且知道“勾三股四弦五”。 考古学的成就，充分说明了中国数学的起源与早期发展。 1952年在陕西西安半坡村出土的，至今六七千年的陶器上刻画的符号中，有一些符号就是表示数字的符号。 在殷墟出土的商代甲骨文中，有一些是记录数字的文字，表明中国已经使用了完整的十进制记数，包括从一至十，以及百、千、万，最大的数字为三万。殷墟甲骨上数学(商代，公元前1400,前1100年，1983,1984年间河南安阳出土)。 算筹(1971年陕西千阳县西汉墓出土)是中国古代的计算工具，它的起源大约可上溯到公元前5世纪，后来写在纸上便成为算筹记数法。至迟到春秋战国时代，又开始出现严格的十进位制筹算记数(约公元前300年)。怎样用算筹记数呢,公元3,4世纪成书的《孙子算经》记载说:“凡算之法，先识其位，一纵十横，百立千僵，千十相望，万百相当。” 为了避免涂改，在唐代以后，我国又创用了一种商业大写数字，又叫会计体:壹、贰、叁、肆、伍、陆、柒、捌、玖、拾、佰、仟、万。 中国传统数学的最大特点是建立在筹算基础之上，是中国传统数学对人类文明的特殊贡献，这与西方及阿拉伯数学是明显不同的。 我国是世界上首先发现和认识负数的国家。战国时法家李悝(约公元前455,前395年)曾任魏文侯相，主持变法，我国第一部比较完整的法典《法经》(现已失传)中已应用了负数，“衣五人终岁用千百不足四百五十”，意思是说，5个人一年开支1500钱，差450钱。甘肃居延海附近(今甘肃省张掖市管领)发现的汉简中有“负四筭(suàn，筹码，同算)，得七筭，相除得三筭”的句子。 在2002年中国考古发现会上，介绍了继秦始皇陵兵马俑坑之后秦代考古的又一重大发现:湖南龙山里耶战国,秦汉时期城址及秦代简牍。2002年7月，考古人员在湖南龙山里耶战国,秦汉古城出土了36000余枚秦简，记录的是秦始皇二十六年至三十七年(即公元前221,前210年)的秦朝历史，其中有一份完整的“九九乘法口诀表”。 在《管子》、《荀子》、《战国策》等先秦典籍中，都提到过“九九”，但实物还是首次发现，这是我国有文字记录最早的乘法口诀表。 最后给一首数字诗，取自宋朝理学家邵康节(公元1011,1077年，中国占卜界的主要代表人物)写的一首诗，描绘像花园一样美丽的地方，一幅朴实自然的乡村风俗画，宛如一副淡雅的水墨画: 一去二三里，烟村四五家。 亭台六七座，八九十枝花。 思考题 1、您对《数学史》课程的期望。 2、谈谈您的理解:数学是什么? 3、数学崇拜与数学忌讳。 4、从数学的起源简述人类活动对文化发展的贡献。 5、数的概念的发展给我们的启示。 6、探讨古代埃及和古代巴比伦的数学知识在现实生活中的意义。