数学的起源与发展

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数学是研究现实世界空间形式和数量关系的一门科学。它包括算术、代数、几何、三角、解析几何、微积分等等。小学数学是指算术和简易代数及几何初步知识。

数学科学伴随着人类社会的发展,也有它自身发展的历程。前苏联科学院院士A·H·柯尔莫戈洛夫曾把数学发展史划分为四个阶段:第一个阶段的前期产生自然数概念、计算方法和简单的几何图形,后期出现数的写法、数的算术运算、某些几何图形的运用,解答简单的代数题目;第二个阶段逐渐形成了初等数学的分支,即算术、代数、几何、三角;第三个阶段建立了解析几何、微积分、概率论等学科;第四个阶段出现计算机学科,以及应用数学的众多分支、纯数学的若干问题的重大突破等。

我国数学在世界数学发展史上,有它卓越的贡献。早在远古时代,人们就用绳结表示事物的多少,在彩陶中绘有大量的直线、三角、圆、方、菱形、五边形、六边形等对称图案,在房屋遗址的基地上,亦发现几何图形,表明远古的人们在一定程度上已经具有数和形的概念。

在新石器时期的彩陶钵上,有多种刻画符号,其中丨、、、×、+等,很可能是我国最早的记数符号。产生文字之后,在殷商的甲骨文中出现了记数的专用文字和十进制记数法,并且运用规和矩作为简单的绘图和测量工具。《前汉书·律历志》记载了用竹棍表示数和计算的方法,称为算筹和筹算。在春秋早期乘法口诀被称为“九九”歌,已经成为很普通的知识。   春秋战国时期,学术繁荣,产生了相当精彩和可贵的数学思想;公元前6世纪,已经有了关于简单体积和比例分配问题的算法,在《考工记》中记载了分数和角度的资料;到秦始皇时,统一了度量衡,并且基本上采用了十进制的度量单位,在《墨经》中提出了几何名词的定义和几何命题等。《杜忠算术》和《许商算术》是最早的数学专着,但这两部书都失传了。至今仍保留的古代数学专着是《算数书》,全书共有60多个小标题、90多个题目,书中内容涉及了整数和分数的四则运算、比例问题、面积和体积问题等、并且含有“合分”、“少广”等数学思想。

大约公元前1世纪完成了《周髀算经》(书中大部分内容于公元前7到6世纪完成),书中记述了矩的用途、勾股定理及其在测量上的应用,相似直角三角形对应边成比例的定理、开平方问题、等差级数问题,应用古“四分历”计算相当复杂的分数运算等,此书为重要的宝贵文献。

古代数学的着名着作是《九章算术》,大约成书于公元1世纪东汉初年,全书列举了246个数学问题及解决问题的方法。共有九章:第一章“方田”介绍土地面积的计算、含有正方形、矩形、三角形、梯形、圆、环等面积公式,弓形面积和球形表面积的近似公式,还有分数四则运算法则、约分、通分、求最大公约数等方法;第二章“粟米”介绍了各种粮食折算的比例问题,及解比例的方法,称为“今有术”;第三章“衰(Cuǐ)分”介绍了按等级分配物资或按一定标准摊派税收的比例分配问题、等差数列和等比数列问题等;第四章“少广”介绍了已知正方形面积或正方体体积,求边长或棱长的开平方或开立方的方法,已知球的体积求直径的问题等;第五章“商功”介绍了立体体积计算,包括长方体、棱柱、棱锥、棱台、圆柱、圆锥、圆台、楔形体等体积的计算公式;第六章“均输”介绍了计算按人口多少、物价高低、路程远近等条件,合理摊派税收、民工的正比、反比、复比例、等差级数等问题;第七章“盈不足”介绍了盈亏类问题的算法;第八章“方程”介绍了一次联立方程问题,引入了负数的概念,及正负数的加减法则;第九章“勾股”介绍了勾股定理的应用和简单的测量问题,其后,历史上着名数学家刘徽、祖冲之、李淳风、贾宪等,都曾经深入研究和注释过《九章算术》并且提出许多新的概念和新的方法。在诸如勾股定理的证明、重差术、割圆术、圆周率近似值、球的体积公式、二次和三次方程的解法。同余式和不定方程的解法

等方面做出了重要的新贡献。   我国古代数学专着有《勾股圆方图注》、《九章算术注》、《孙子算经》、《五经算术》、《缀术》等。特别应该指出的是,刘徽在《九章算术注》中对《九章算术》的大部分数学方法作了严密的论证,对于一些数学概念提出了明确的解释,为中国数学发展奠定了坚实的理论基础。祖冲之在《缀术》中得出了比刘徽所提出的值更精密的圆周率,成为举世公认的重大成就。贾宪在《黄帝九章算法细草》中提出的“开方作法本源”图和增乘开方法,以及《孙子算经》中的“孙子问题”,《张邱建算经》中的“百鸡问题”、珠算盘和珠算术等等,均在世界数学发展史上有深远影响。



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