中国古代数学发展

就在古希腊世界的数学发展在公元前最后几个世纪开始动摇的时候,中国蓬勃发展的贸易帝国正在将中国数学推向更高的高度。

中文数字系统

简单而有效的古代中国编号系统至少可以追溯到公元前2千年,使用排列的小竹竿来表示数字1到9,然后将其放置在代表单位,十,数百,数千等的列中。因此,它是一个小数点值系统,与我们今天使用的系统非常相似 - 事实上,它是中国人在西方采用一千多年前采用的第一个这样的数字系统 - 它甚至使相当复杂的计算非常快速和容易。

然而,书面数字采用了效率稍低的系统,即对数十,数百,数千等使用不同的符号。这主要是因为没有零的概念或符号,并且它限制了中文书面数字的有用性。


算盘的使用通常被认为是中国人的想法,尽管在美索不达米亚,埃及和希腊使用某种类型的算盘,可能比在中国要早得多(第一个中国算盘,或“suanpan”,我们知道可以追溯到公元前2世纪)。

河图洛书

罗树魔方,以其传统的图形表示
河图洛书,以其传统的图形表示

在中国古代,人们对数字和数学模式普遍着迷,不同的数字被认为具有宇宙意义。特别是,魔方——每行、每列和对角线加起来等于同一总数的数字平方——被认为具有巨大的精神和宗教意义。






河图洛书是一个三阶正方形,每行、每列和对角线加起来有15个,也许是最早的,可追溯到公元前650年左右。但很快,更大的魔方被建造出来,具有更大的魔法和数学力量,最终在13世纪杨辉精心制作的魔方,圆和三角形中达到顶峰(杨辉还产生了与后来的帕斯卡三角形相同的二项式系数的三角形表示,也许是第一个在现代形式中使用小数部分的人)。

早期中国求解方程的方法

早期的中国求解方程的方法
早期的中国求解方程的方法

但是,中国数学的主旨是为了满足帝国对数学上有能力的管理者日益增长的需求而发展起来的。一本名为《九章算术》的教科书(写于公元前200年左右的一段时间里,可能由各种作者撰写)成为这种公务员教育的重要工具,涵盖了贸易、税收、工程和工资支付等实际领域的数百个问题。

作为如何解决方程的指南-从其他已知信息中推导出未知数-使用复杂的基于矩阵的方法,这种方法在西方出现得特别重要,直到卡尔·弗里德里希·高斯(Carl Friedrich Gauss)在19世纪初重新发现它(现在被称为高斯消除)。

中国古代最伟大的数学家之一是刘徽,他在公元263年对“九章”进行了详细的评论,是已知最早的重视根源的数学家之一,给出了更精确的结果而不是近似值。通过使用具有192条边的正多边形进行近似,他还提出了一种算法,该算法将π的值计算为3.14159(正确到小数点后五位),并开发了一种非常早期的积分和微分微积分形式。


中国余数定理
中国余数定理

然而,中国人继续使用比“九章”中概述的要大得多的数字来解决更复杂的方程。他们还开始追求更抽象的数学问题(尽管通常用相当人为的实用术语来表达),包括所谓的中国余数定理。这将使用将未知数除以一系列较小数字(如 3、5 和 7)后的余数,以计算未知数的最小值。一种解决这些问题的技术,最初由孙子在公元3世纪提出,被认为是数学的瑰宝之一,在公元6世纪被中国天文学家用于测量行星运动,即使在今天,它也有实际用途,例如在互联网密码学中。

到13世纪,中国数学的黄金时代,有30多所著名的数学学校分散在中国各地。也许这个时代最杰出的中国数学家是秦九韶,他使用一种重复近似的方法探索二次方程甚至三次方程的解,这种方法与后来由艾萨克·牛顿爵士在17世纪在西方设计的方法非常相似。秦甚至扩展了他的技术来解决(尽管是近似的)方程,这些方程涉及数到十的幂,这在当时是非常复杂的数学。

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