解放軍文職招聘考試北宋時(shí)期的數(shù)學(xué)成就-解放軍文職人員招聘-軍隊(duì)文職考試-紅師教育

發(fā)布時(shí)間:2017-11-22 19:27:33北宋時(shí)期的數(shù)學(xué)成就一、賈憲的增乘開方法賈憲生活于11世紀(jì),是天算家楚衍的學(xué)生.楚衍有兩名弟子,一名朱吉,后任太史;另一名便是賈憲,在朝中任左班殿值.賈憲對(duì)《九章算術(shù)》深有研究,曾著《黃帝九章算經(jīng)細(xì)草》,還著有《釋鎖》算書,均佚.但兩書的部分內(nèi)容,保存在楊輝《詳解九章算法》中.《詳解九章算法 纂類》所載的賈憲增乘開方法,是中算史上第一個(gè)完整的、可推廣到任意次方的開方程序(原載《黃帝九章算經(jīng)細(xì)草》).例如 令有積一百八十六萬(wàn)八百六十七尺,問為立方幾何? 此題相當(dāng)于求方程x3 =1860867的正根.按賈憲方法(參見圖8.1):(1)實(shí)上商置第一位得數(shù).(2)以上商乘下法置廉,乘廉為方,除實(shí)訖.(3)復(fù)以上商乘下法入廉,乘廉入方,又乘下法入廉.(4)其方一、廉二、下三退.(5)再于第一位商數(shù)之次,復(fù)商第二位得數(shù),以乘下法入廉,乘廉入方,命上商除實(shí)訖.(6)復(fù)以次商乘下法入廉,乘廉入方,又乘下法入廉.(7)其方一、廉二、下三退,如前.(8)上商第三位得數(shù),乘下法入廉,乘廉入方,命上商除實(shí)適盡,得立方一面之?dāng)?shù).很明顯,求得方根第一位后,求下面每一位的步驟都相同,(3)(4)(5)是求第二位的步驟,(6)(7)(8)是求第三位的步驟,依此類推.如果是開平方,則開方式無(wú)廉;如果是開四次方或四次雙方以上,則在方和下法間加廉,稱一廉、二廉 ,開方步驟與開立方一致.在增乘開方法基礎(chǔ)上,賈憲創(chuàng)造了 開方作法本源圖 (原載《釋鎖》,存于楊輝《詳解九章算法》)即賈憲三角形(圖8.2),實(shí)際是世界上最早的二項(xiàng)式定理系數(shù)表.雖然該表到六次方止(末行為(a+b)6的系數(shù)),但表中數(shù)字是有規(guī)律的,每個(gè)數(shù)都是它肩上兩數(shù)之和,可按此規(guī)律向下無(wú)限延伸(朱世杰便推廣到八次方,即增加兩行).所以它是一般性的.二、劉益的正負(fù)開方術(shù)劉益是中山(今河北定縣)人,生活年代可能比賈憲稍晚.著有《議古根源》,已失傳.該書的部分內(nèi)容保存在楊輝《田畝比類乘除捷法》里.從中可以看出,劉益把增乘開方法推廣為正負(fù)開方術(shù).賈憲的方程都是xn=B的特殊形式(其中n不大于4,B為正有理數(shù)),劉益則研究了一般的高次方程,如-5x4+52x3+128x2=4096.在劉益的方程中,未知數(shù)系數(shù)可正可負(fù),故曰 正負(fù)開方術(shù) .例如要求方程-5x2+228x=2592的正根,先擺算式如圖8.3(1),然后把方和隅向左移動(dòng),方每步移一位,隅每步移二位,本題只須各移一步.開方過(guò)程如p241圖8.3(開方式下面為相應(yīng)的演草).劉益的正負(fù)開方術(shù)是可以推廣到任意次方程的,所以說(shuō)他的工作奠定了高次方程數(shù)值解法的基礎(chǔ).不過(guò),劉益的思想也有局限性,他求解的方程的常數(shù)項(xiàng)僅限于正數(shù),這一點(diǎn)同賈憲一樣.這種限制,直到李冶時(shí)代才取消.三、沈括的數(shù)學(xué)成就沈括(1030---1094),北宋科學(xué)家,字存中,號(hào)夢(mèng)溪,錢塘(今杭州)人.進(jìn)士及第后,初任館閣??保笕翁又性?,提舉司天監(jiān).王安石變法期間,沈括曾任 權(quán)三司使 (主管財(cái)政)、 判軍器監(jiān) 等要職,時(shí)常出京察訪各地的新政實(shí)施情況,積極參與變法運(yùn)動(dòng).沈括一生論著極多,據(jù)《宋史 藝文志》所錄有22種155卷,流傳至今的有5種64卷.其中《夢(mèng)溪筆談》(26卷)是沈括晚年定居鎮(zhèn)江時(shí),將一生見聞及研究心得以筆記形式寫成的著作.書中的科學(xué)內(nèi)容相當(dāng)豐富,被著名科學(xué)史家李約瑟(J.Needham,1900---1995)譽(yù)為 中國(guó)科學(xué)史的里程碑 .沈括在討論數(shù)學(xué)起源時(shí)說(shuō): 大凡物有定形,形有真數(shù).方圓端斜,定形也;乘除相 ,無(wú)所附益,泯然冥會(huì)者,真數(shù)也. 這就是說(shuō),數(shù)學(xué)來(lái)源于客觀存在的形和數(shù),形是物體的特有形狀而數(shù)是從形中抽象出來(lái)并能反映形的 真數(shù) .那么,數(shù)是怎樣被人認(rèn)識(shí)的呢?沈括認(rèn)為首先要靠實(shí)踐: 予占天候景,以至驗(yàn)于儀象,考數(shù)下漏,凡十余年,方粗見真數(shù). 但只有實(shí)踐還不行,沈括說(shuō): 耳目能受而不能擇,擇之者心也. 意思是人們通過(guò)感官來(lái)接受客觀世界的信息,但不能靠感官去辨別,必須依靠思維,才能由此及彼,由表及里,形成對(duì)數(shù)學(xué)的理性認(rèn)識(shí).這些看法是很精辟的.沈括的主要數(shù)學(xué)成就有兩項(xiàng)---會(huì)圓術(shù)和隙積術(shù).會(huì)圓術(shù)所解決的是由弦求弧問題.如圖8.4,沈括得到以下公式(1)式顯然由勾股定理推出.至于(2)式,可能是在《九章算術(shù)》所載弓形面積公式的基礎(chǔ)上,憑借以直代曲的極限思想得出的.沈括的會(huì)圓術(shù)問世后,收到明顯的社會(huì)效益.著名的《授時(shí)歷》中,使用此術(shù)解決了一個(gè)重要的天文問題 太陽(yáng)的赤道坐標(biāo)與黃道坐標(biāo)的變換.所謂隙積,即 積之有隙 者,如累棋、層壇之類,這種長(zhǎng)方臺(tái)形狀的垛積,實(shí)際是二階等差級(jí)數(shù).設(shè)隙積共n層,上底由a b個(gè)物體組成,以下各層的長(zhǎng)、寬依次各增加一個(gè)物體,最下層(即下底)由c d個(gè)物體組成,沈括給出求隙積中物體總數(shù)的公式如下:沈括的工作開了研究高階等差級(jí)數(shù)的先河.關(guān)于此式的由來(lái),后人有各種推測(cè),尚無(wú)定論.但有一點(diǎn)是肯定的:這一精確公式不可能從經(jīng)驗(yàn)中歸納出來(lái),一定是邏輯推理的結(jié)果.四、從條段法到天元術(shù)方程理論是宋元數(shù)學(xué)發(fā)展的主流.列方程的重要方法---天元術(shù),便產(chǎn)生于北宋,而其淵源則為條段法.條段法亦稱演段法,是推導(dǎo)方程的幾何方法.劉益《議古根源》通過(guò)平面圖形的分割拼補(bǔ)尋找等量關(guān)系,求得方程各項(xiàng)系數(shù).因推演中常將各量表示成一段段條形面積,故名.北宋數(shù)學(xué)家蔣周亦用條段法推導(dǎo)方程.蔣周,平陽(yáng)(今山西臨汾)人,生活于11世紀(jì).著有《益古集》,已失傳,書中部分內(nèi)容存于李冶《益古演段》.從書中題目來(lái)看,蔣周的方法比劉益更接近天元術(shù),因?yàn)樗脤ふ液兴罅康牡戎刀囗?xiàng)式,然后把兩個(gè)多項(xiàng)式連為方程.例如第33題(按《益古演段》順序): 今有圓田一段,中心有直池水占之,外計(jì)地七千三百步.只云并內(nèi)池長(zhǎng)闊,少田徑五十五步,闊不及長(zhǎng)三十五步.問三事(指池長(zhǎng)、池闊、圓徑)各多少? (圖8.5)令圓徑為d,直池長(zhǎng)a闊b,圓積S1,3d2-4 7300=4S. (1)這便得到一個(gè)等于4S的多項(xiàng)式,下面再設(shè)法得到等于4S的另一多項(xiàng)式.因?yàn)閐-55=a+b,所以(d-55)2=(a+b)2=4ab+(a-b)2=4S+352,即 (d-55)2-352=4S. (2)把兩個(gè)等于4S的多項(xiàng)式連起來(lái),便得方程3d2-4 7300=(d-55)2-352.(1)式和(2)式中的4S并非所求,蔣周只是通過(guò)它得到兩個(gè)等值多項(xiàng)式,在建立方程時(shí)便把它們消掉了.這種思想是天元術(shù)中不可缺少的.但條段法有著明顯的局限性.首先,由于沒有設(shè)未知數(shù)的步驟,不是把未知數(shù)用統(tǒng)一符號(hào)表示出來(lái),再尋找它和已知量的關(guān)系,而是在解題過(guò)程中去找含有所求量的等式,這便增加了思維的復(fù)雜性.其次,條段法只能列出二次方程,因?yàn)楦哂诙蔚姆匠毯茈y用面積來(lái)表示.?dāng)?shù)學(xué)的發(fā)展迫切需要一種簡(jiǎn)便的、能建立高次方程的一般方法,天元術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生了.天元術(shù)是一種列方程的代數(shù)方法,因稱未知數(shù)為天元,故名.從現(xiàn)存古算書分析,洞淵無(wú)疑是天元術(shù)的先驅(qū)者之一.洞淵生活于11世紀(jì),所著算書早已亡佚.但李冶《測(cè)圓海鏡》中保存了洞淵九容公式,即九種求勾股容圓直徑的方法.洞淵的天元術(shù)便以這些公式為出發(fā)點(diǎn).《測(cè)圓海鏡》保存了洞淵的兩道算題,即卷十一第十七題和第十八題.這兩題所得均為四次方程,不僅次數(shù)高于蔣周的方程,更重要的是有了 立天元一 (即設(shè)未知數(shù)x)的明確步驟.把各種各樣的未知數(shù)用統(tǒng)一符號(hào)表示,讓它像已知量一樣參與運(yùn)算,這是數(shù)學(xué)思想上的突破.在第十七題中,洞淵得到后,便把各項(xiàng)中x的冪提高兩次,成為-4x4 -600x3 -22500x2+11681280x+788486400=0.這說(shuō)明他已懂得用分母中未知數(shù)的最高次冪去乘分式方程各項(xiàng),從而化分式方程為整式方程.在洞淵的方程中,x的冪具有純代數(shù)意義,而不再拘泥于它的幾何解釋.這正是天元術(shù)高于條段法之處,也是方程向高次發(fā)展的基礎(chǔ).

解放軍文職招聘考試中國(guó)現(xiàn)代數(shù)學(xué)的發(fā)展-解放軍文職人員招聘-軍隊(duì)文職考試-紅師教育

發(fā)布時(shí)間:2017-11-22 20:27:55中國(guó)現(xiàn)代數(shù)學(xué)的發(fā)展中國(guó)傳統(tǒng)數(shù)學(xué)在宋元時(shí)期達(dá)到高峰,以后漸走下坡路.20世紀(jì)重登世界數(shù)學(xué)舞臺(tái)的中國(guó)現(xiàn)代數(shù)學(xué),主要是在西方數(shù)學(xué)影響下進(jìn)行的.西方數(shù)學(xué)比較完整地傳入中國(guó),當(dāng)以徐光啟(1562 1633)和利瑪竇(Mattao Ricci, 1552 1610)翻譯出版《幾何原本》前六卷為肇始,時(shí)在1607年.清朝初年的康熙帝玄燁(1654 1722),曾相當(dāng)重視數(shù)學(xué),邀請(qǐng)西方傳教士進(jìn)宮講解幾何學(xué)、測(cè)量術(shù)和歷法,但只是曇花一現(xiàn).鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)之后,中國(guó)門戶洞開,再次大規(guī)模吸收西方數(shù)學(xué),其主要代表人物是李善蘭(1811 1882).他熟悉中國(guó)古代算學(xué),又善于汲取西方數(shù)學(xué)的思想.1859年,李善蘭和英國(guó)教士偉烈亞力(Alexander Wylie,1815 1887)合譯美國(guó)數(shù)學(xué)家魯米斯(Elias Loomis, 1811 1889)所著的《代微積拾級(jí)》(Elements of AnalyticalGeometry and of the Differenfial and Integral Calculus),使微積分學(xué)思想首次在中國(guó)傳播,并影響日本.李善蘭在組合數(shù)學(xué)方面很有成就.著稱于世的有李善蘭恒等式:1866年,北京同文館增設(shè)天文算學(xué)館,聘李善蘭為第一位數(shù)學(xué)教習(xí).由于清廷政治腐敗,數(shù)學(xué)發(fā)展十分緩慢.反觀日本,則是后來(lái)居上.日本在1870年代還向中國(guó)學(xué)習(xí)算學(xué),《代微積拾級(jí)》是當(dāng)時(shí)日本所能找到的最好的微積分著作.但到1894年的甲午戰(zhàn)爭(zhēng)之后,中日數(shù)學(xué)實(shí)力發(fā)生逆轉(zhuǎn). 1898年,中國(guó)向日本大量派遣留學(xué)生,其中也包括數(shù)學(xué)方面的留學(xué)生.1911年辛亥革命之前,有三位留學(xué)國(guó)外的數(shù)學(xué)家最負(fù)盛名.第一位是馮祖荀(1880 1940),浙江杭縣人.1904年去日本京都第一高等學(xué)校就讀,然后升入京都帝國(guó)大學(xué)研修數(shù)學(xué).回國(guó)后曾在北京大學(xué)長(zhǎng)期擔(dān)任數(shù)學(xué)系系主任.第二位是秦汾(1887 1971),江蘇嘉定人.1907年和1909年在哈佛大學(xué)獲學(xué)士和碩士學(xué)位.回國(guó)后寫過(guò)許多數(shù)學(xué)教材.擔(dān)任北京大學(xué)理科學(xué)長(zhǎng)及東南大學(xué)校長(zhǎng)之后,棄學(xué)從政,任過(guò)財(cái)政部次長(zhǎng)等.鄭桐蓀(1887 1963)在美國(guó)康奈爾大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位(1907),以后在創(chuàng)建清華大學(xué)數(shù)學(xué)系時(shí)頗有貢獻(xiàn).由于1908年美國(guó)退回部分庚子賠款,用于青年學(xué)生到美國(guó)學(xué)習(xí).因此,中國(guó)最早的數(shù)學(xué)博士多在美國(guó)獲得.胡明復(fù)(1891 1927)于1917年以論文 具邊界條件的線性微積分方程 (Lin-ear Integro-Differential Equations with BoundaryCondition),在哈佛大學(xué)獲博士學(xué)位,是中國(guó)以現(xiàn)代數(shù)學(xué)研究獲博士學(xué)位的第一人.他返國(guó)后辦大同大學(xué),參與《科學(xué)》雜志的編輯,很有聲望,惜因溺水早逝.1918年,姜立夫(1890 1978)亦在哈佛大學(xué)獲博士學(xué)位,專長(zhǎng)幾何.他回國(guó)后辦南開大學(xué),人才輩出,如陳省身、江澤涵、吳大任等,姜立夫是中國(guó)現(xiàn)代數(shù)學(xué)的先驅(qū),曾任中央研究院數(shù)學(xué)研究所首任所長(zhǎng).本世紀(jì)20年代,中國(guó)各地的大學(xué)紛紛創(chuàng)辦數(shù)學(xué)系.自國(guó)外留學(xué)回來(lái)的數(shù)學(xué)家擔(dān)任教授,開始培養(yǎng)中國(guó)自己的現(xiàn)代數(shù)學(xué)人才.其中比較著名的有熊慶來(lái)(1893 1969),1913年赴法國(guó)學(xué)采礦,后改攻數(shù)學(xué).1921年回國(guó)后在東南大學(xué)、清華大學(xué)等校任數(shù)學(xué)教授,聲譽(yù)卓著.1931年再度去法國(guó)留學(xué),獲博士學(xué)位(1933),以研究無(wú)窮級(jí)整函數(shù)與亞純函數(shù)而聞名于世.陳建功(1893 1971)和蘇步青(1902一)先后畢業(yè)于日本東北帝國(guó)大學(xué)數(shù)學(xué)系.他們分別于1930年和1931年回國(guó),在浙江大學(xué)擔(dān)任數(shù)學(xué)教授.由于銳意進(jìn)取,培植青年,使浙江大學(xué)成為我國(guó)南方最重要的數(shù)學(xué)中心.陳建功以研究三角函數(shù)論、單葉函數(shù)論及函數(shù)逼近論著稱.他在1928年發(fā)表的《關(guān)于具有絕對(duì)收斂傅里葉級(jí)數(shù)的函數(shù)類》,指出:有絕對(duì)收斂三角級(jí)數(shù)的函數(shù)的充要條件是楊(Young)氏函數(shù),此結(jié)果與英國(guó)數(shù)學(xué)大家哈代(G.H.Hardy)和李特爾伍德(J. E. Littlewood)同時(shí)得到.這可以標(biāo)志中國(guó)數(shù)學(xué)研究的論文已能達(dá)到國(guó)際水平.蘇步青以研究射影微分幾何而著稱于世.他的一系列著作《射影曲線概論》,《一般空間微分幾何》、《射影曲面概論》等,在國(guó)內(nèi)外都產(chǎn)生相當(dāng)影響,曾被稱為中國(guó)的微分幾何學(xué)派.1952年,他們從浙江大學(xué)轉(zhuǎn)到上海復(fù)旦大學(xué),使復(fù)旦大學(xué)數(shù)學(xué)系成為中國(guó)現(xiàn)代數(shù)學(xué)的重要基地.1930年前后,清華大學(xué)數(shù)學(xué)系居于中國(guó)數(shù)學(xué)發(fā)展的中心地位.系主任是熊慶來(lái),鄭桐蓀是資深教授.另外兩位教授都在1928年畢業(yè)于美國(guó)芝加哥大學(xué)數(shù)學(xué)系,獲博士學(xué)位.其中孫光遠(yuǎn)(1897 1984)專長(zhǎng)微分幾何,他招收了中國(guó)的第一名數(shù)學(xué)碩士生(陳省身),楊武之(1898 1975)則專長(zhǎng)代數(shù)和數(shù)論,以研究華林(Waring)問題著稱.這時(shí)的清華,有兩個(gè)杰出的青年學(xué)者,這就是來(lái)自南開大學(xué)的陳省身和自學(xué)成才的華羅庚.陳身省于1911年生于浙江嘉興.1926年入南開大學(xué),1930年畢業(yè)后轉(zhuǎn)到清華,翌年成為孫光遠(yuǎn)的研究生,專習(xí)微分幾何.1934年去漢堡大學(xué),在布拉士開(W.Bla-schke)指導(dǎo)下獲博士學(xué)位(1936),旋去巴黎,在嘉當(dāng)(E.Cartan)處進(jìn)行訪問,得其精華.1937年回國(guó)后在西南聯(lián)大任教.抗日戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期,受外爾(H.Weyl)之邀到美國(guó)普林斯頓高等研究院從事研究,以解決高維的高斯 邦內(nèi)(Gauss Bonnet)公式,提出后來(lái)被稱為 陳省身類 的重要不變量,為整體微分幾何奠定基礎(chǔ),其影響遍及整個(gè)數(shù)學(xué).抗日戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后返國(guó),任中央研究院數(shù)學(xué)研究所代理所長(zhǎng),培植青年數(shù)學(xué)家.1949年去美國(guó).1983年獲世界5高數(shù)學(xué)獎(jiǎng)之一的沃爾夫獎(jiǎng)(WilfPrize).華羅庚(1910 1985)是傳奇式的數(shù)學(xué)家.他自學(xué)成才,1929年他只是江蘇金壇中學(xué)的一名職員,卻發(fā)表了《蘇家駒之代數(shù)的五次方程解法不能成立之理由》,此文引起清華大學(xué)數(shù)學(xué)教授們的注意,系主任熊慶來(lái)遂聘他到清華任數(shù)學(xué)系的文書,華羅庚最初隨楊武之學(xué)習(xí)數(shù)論,在華林問題上很快作出了成果,破例被聘為教員.1936年去英國(guó)劍橋大學(xué),接受哈代的指導(dǎo).抗日戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期,華羅庚寫成《堆壘素?cái)?shù)論》,系統(tǒng)地總結(jié)、發(fā)展與改進(jìn)了哈代與李特爾伍德的圓法,維諾格拉多夫(И.М.Виноградов)的三角和估計(jì)方法,以及他本人的方法.發(fā)表至今已40年,主要結(jié)果仍居世界領(lǐng)先地位,仍是一部世界數(shù)學(xué)名著.戰(zhàn)后曾去美國(guó).1950年返回中國(guó),擔(dān)任中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)研究所的所長(zhǎng).他在數(shù)論,代數(shù),矩陣幾何,多復(fù)變函數(shù)論以及普及數(shù)學(xué)上的成就,使他成為世界級(jí)的著名數(shù)學(xué)家.他的名字在中國(guó)更是家喻戶曉,成為 聰敏 、 勤奮 的同義語(yǔ).三十年代初的清華大學(xué),匯集了許多優(yōu)秀的青年學(xué)者.在數(shù)學(xué)系先后就讀的有柯召(1910 ),許寶騄(1910 1970),段學(xué)復(fù)(1914 ),徐賢修(1911 ),以及物理系畢業(yè)、研究應(yīng)用數(shù)學(xué)的林家翹(1916 )等等,后來(lái)均成為中國(guó)數(shù)學(xué)的中堅(jiān)以及世界著名數(shù)學(xué)家.許寶騄是中國(guó)早期從事數(shù)理統(tǒng)計(jì)和概率論研究,并達(dá)到世界先進(jìn)水平的一位杰出學(xué)者.1938 1945年間,他在多元分析與統(tǒng)計(jì)推斷方面發(fā)表了一系列論文,以出色的矩陣變換技巧,推進(jìn)了矩陣論在數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的應(yīng)用,他對(duì)高斯 馬爾可夫模型中方差的最優(yōu)估計(jì)的研究,是許多研究工作的出發(fā)點(diǎn).50年代以來(lái),為培養(yǎng)新中國(guó)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)者和開展概率統(tǒng)計(jì)研究作出許多貢獻(xiàn).林家翹是應(yīng)用數(shù)學(xué)家,清華大學(xué)畢業(yè)后去加拿大,美國(guó)留學(xué).從師流體力學(xué)大師馮 卡門(von Karman).1944年,他成功地解決了爭(zhēng)論多年的平行平板間的流動(dòng)穩(wěn)定性問題,發(fā)展了微分方程漸近理論的研究.60年代開始,研究螺旋星系的密度波理論,解釋了許多天文現(xiàn)象.北京大學(xué)是我國(guó)的最高學(xué)府.20年代軍閥混戰(zhàn)時(shí)期,因經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足,學(xué)術(shù)水平不及由美國(guó)退回庚款資助的清華大學(xué)數(shù)學(xué)系.進(jìn)入30年代,以美國(guó)退回庚款為基礎(chǔ)的中華文化教育基金會(huì)也撥款資助北京大學(xué),更由于江澤涵(1902 )在哈佛大學(xué)獲博士學(xué)位后加盟北大,程毓淮(1910 )獲德國(guó)哥廷根大學(xué)博士學(xué)位后來(lái)北大任教,陣容漸強(qiáng).學(xué)生中有后來(lái)成名的樊畿(1916 ),王湘浩(1915 1993)等.三十年代的中國(guó)青年數(shù)學(xué)家還有曾炯之(1897 1943),他在哥廷根大學(xué)跟隨杰出的女?dāng)?shù)學(xué)家諾特(E.Noether)研究代數(shù),1933年完成關(guān)于 函數(shù)域上可除代數(shù) 的兩個(gè)基本定理,后又建立了擬代數(shù)封閉域?qū)哟握?,蜚聲中外.抗日?zhàn)爭(zhēng)時(shí)期因貧病在西昌去世.周煒良(1911 )為清末民初數(shù)學(xué)家周達(dá)之子,家庭富有,在美國(guó)芝加哥大學(xué)畢業(yè)后,轉(zhuǎn)到德國(guó)萊比錫大學(xué),在范 德 瓦爾登(Van der Waerden)指導(dǎo)下研究代數(shù)幾何,于1936年獲博士學(xué)位,一系列以他名字命名的 周坐標(biāo) 周形式 、 周定理 周引理 ,使他享有盛譽(yù).抗日戰(zhàn)爭(zhēng)勝利后去美國(guó)約翰 霍普金斯大學(xué)任教,直至退休.1935年,中國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)在上海成立.公推胡敦復(fù)(1886 1978)為首屆董事會(huì)主席.會(huì)上議決出版兩種雜志.一種是發(fā)表學(xué)術(shù)論文的《中國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》,后來(lái)發(fā)展成今日的《數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)》,一種是普及性的《數(shù)學(xué)雜志》,相當(dāng)于今之《數(shù)學(xué)通報(bào)》.中國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)的成立,標(biāo)志中國(guó)現(xiàn)代數(shù)學(xué)已經(jīng)建立,并將很快走向成熟.最早訪問中國(guó)的著名數(shù)學(xué)家是羅素(B.A.W.Russel),他于1920年8月到達(dá)上海,在全國(guó)各地講演數(shù)理邏輯,由趙元任做翻譯,于次年7月離去.法國(guó)數(shù)學(xué)家班勒衛(wèi)(P.Painleve)和波萊爾(E.Bovel)也在20年代未以政治家身份訪華.1932年,德國(guó)幾何學(xué)家布拉希開(W.Blaschk)到北京大學(xué)講學(xué),陳省身、吳大任等受益很多.1932 1934年間,漢堡大學(xué)年輕的拓?fù)鋵W(xué)家斯披涅兒(E.Sperner)也在北京大學(xué)講課.1934年4月,美國(guó)著名的常微分方程和動(dòng)力系統(tǒng)專家伯克霍夫(G.D.Birkhoff)也到過(guò)北大.此后來(lái)華的是美國(guó)哈佛大學(xué)教授奧斯古德(W.F.Osgood),他在北京大學(xué)講授函數(shù)論(1932 1934).控制論創(chuàng)始人,美國(guó)數(shù)學(xué)家維納(N.Wiener)來(lái)清華大學(xué)電機(jī)系訪問,與李郁榮(1904 )合作研究電網(wǎng)絡(luò),同時(shí)在數(shù)學(xué)系講授傅里葉變換理論等.維納于1936年去挪威奧斯陸參加國(guó)際數(shù)學(xué)家大會(huì),注明他是清華大學(xué)的代表.抗日戰(zhàn)爭(zhēng)開始之后,中國(guó)現(xiàn)代數(shù)學(xué)發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新時(shí)期.一方面是異常清苦的戰(zhàn)時(shí)生活,與外界隔絕的學(xué)術(shù)環(huán)境;另一方面則是無(wú)比高漲的研究熱情,碩果累累的科學(xué)成就.在西南聯(lián)合大學(xué)(北大、清華、南開)的數(shù)學(xué)系,姜立夫、楊武之、江澤涵等領(lǐng)導(dǎo)人正值中年,而剛滿30歲的年輕教授如華羅庚、陳省身以及許寶騄等,都已達(dá)到當(dāng)時(shí)世界的先進(jìn)水平.例如華羅庚的《堆壘素?cái)?shù)論》,陳省身證明高斯 邦內(nèi)公式,許寶騄發(fā)展矩陣論在數(shù)理統(tǒng)計(jì)的應(yīng)用,都產(chǎn)生于這一時(shí)期.他們培養(yǎng)的學(xué)生,如王憲鐘、嚴(yán)志達(dá)、吳光磊、王浩、鐘開萊,日后都成為著名數(shù)學(xué)家.與此同時(shí),位于貴州湄潭的浙江大學(xué),也由陳建功、蘇步青帶領(lǐng),造就出程民德、熊全治、白正國(guó)、楊忠道等一代數(shù)學(xué)學(xué)者.如果說(shuō),在20年代,中國(guó)創(chuàng)辦的大學(xué)已能培養(yǎng)自己的數(shù)學(xué)學(xué)士,那么在30年代的北大、清華、浙大等名校,已能培養(yǎng)自己的數(shù)學(xué)碩士,而到抗日戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期的40年代,從教員的學(xué)術(shù)水準(zhǔn),開設(shè)的課程以及學(xué)生的成績(jī)來(lái)看,應(yīng)該說(shuō)完全能培養(yǎng)自己的數(shù)學(xué)博士了.從1917年中國(guó)人第一次獲得數(shù)學(xué)博士,到實(shí)際上具備培養(yǎng)自己的數(shù)學(xué)博士的水平,前后不過(guò)20余年的時(shí)間,發(fā)展不可謂不快.1944年,中央研究院決定成立數(shù)學(xué)研究所,由姜立夫任籌備主任.不久,抗日戰(zhàn)爭(zhēng)勝利,于1946年在上海正式成立數(shù)學(xué)研究所,由姜立夫任所長(zhǎng).因姜立夫出國(guó)考察,遂由陳省身代理所長(zhǎng).陳省身辦所的宗旨是培養(yǎng)青年人,首先讓他們研修拓?fù)鋵W(xué),以便迅速達(dá)到當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)發(fā)展的前沿.這時(shí)在所內(nèi)工作的研究人員中,有王憲鐘、胡世楨、李華宗等已獲博士學(xué)位的年輕數(shù)學(xué)家,更有吳文俊、廖山濤、陳國(guó)才、楊忠道、葉彥謙、曹錫華、張素誠(chéng)、孫以豐、路見可、陳杰等剛從大學(xué)畢業(yè)不久的學(xué)生.1949年成立中華人民共和國(guó)之后,中國(guó)現(xiàn)代數(shù)學(xué)有了長(zhǎng)足的發(fā)展.原來(lái)已有建樹的解析數(shù)論、三角級(jí)數(shù)論、射影微分幾何等學(xué)科繼續(xù)發(fā)展.在全面學(xué)習(xí)蘇聯(lián)的50年代,與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有密切關(guān)系的微分方程、概率論、計(jì)算數(shù)學(xué)等學(xué)科獲得應(yīng)有的重視,使整個(gè)數(shù)學(xué)獲得全面和均衡地進(jìn)步.高等學(xué)校數(shù)學(xué)系大規(guī)模招生,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)方式培養(yǎng)出大批訓(xùn)練有素的數(shù)學(xué)工作者.在這一時(shí)期內(nèi),作出重要貢獻(xiàn)的有吳文俊(1919 ).他于1940年在交通大學(xué)畢業(yè),后去法國(guó)留學(xué),獲博士學(xué)位.他在拓?fù)鋵W(xué)方面的主要貢獻(xiàn)有關(guān)于施蒂費(fèi)爾 惠特尼(Stiefel-Whit-ney)示性類的吳(文俊)公式,吳(文俊)示性類,以及關(guān)于示嵌類的研究.70年代起,吳文俊提出了使數(shù)學(xué)機(jī)械化的綱領(lǐng),其一個(gè)自然的應(yīng)用是定理的機(jī)器證明,這項(xiàng)工作現(xiàn)在正處于急劇發(fā)展中.吳文俊的數(shù)學(xué)機(jī)械化思想來(lái)源于中國(guó)傳統(tǒng)數(shù)學(xué).因此,吳文俊的工作顯示出中國(guó)古算法與現(xiàn)代數(shù)學(xué)的有機(jī)結(jié)合,具有濃烈的中國(guó)特色.50年代以來(lái)的一些青年數(shù)學(xué)家的工作值得注意,如陳景潤(rùn)、王元、潘承洞在數(shù)論方面的研究,特別是對(duì)哥德巴赫猜想的重大推進(jìn).楊樂、張廣厚關(guān)于亞純函數(shù)值分布論的研究,谷超豪在微分幾何與非線性偏微分方程方面的研究,夏道行關(guān)于線性算子譜論和無(wú)限維空間上調(diào)和分析的研究,陸啟鏗、鐘家慶在多復(fù)變函數(shù)論與微分幾何方面的研究,都有國(guó)際水平的成果.80年代以來(lái),還有姜伯駒(不動(dòng)點(diǎn)理論)、張恭慶(臨界點(diǎn)理論)、陸家羲(斯坦納三元素)等人的工作,十分優(yōu)秀.廖山濤在微分動(dòng)力系統(tǒng)研究上作出了獨(dú)特的貢獻(xiàn).中國(guó)數(shù)學(xué)家參加國(guó)際數(shù)學(xué)家大會(huì)(International Cong-ress of Mathematics)始自1932年.北京數(shù)學(xué)物理學(xué)會(huì)的熊慶來(lái)和上海交通大學(xué)的許國(guó)保作為中國(guó)代表參加了那年在蘇黎世舉行的會(huì)議.中山大學(xué)的劉俊賢則是參加1936年奧斯陸會(huì)議的唯一中國(guó)代表(不計(jì)算維納代表清華大學(xué)與會(huì)).此后由于代表權(quán)問題,中國(guó)大陸一直未派人與會(huì).華羅庚、陳景潤(rùn)收到過(guò)到大會(huì)作報(bào)告的邀請(qǐng).1983年,中國(guó)科學(xué)院計(jì)算數(shù)學(xué)家馮康被邀在華沙大會(huì)上作45分鐘的報(bào)告,都因代表權(quán)問題未能出席.1986年,中國(guó)在國(guó)際數(shù)學(xué)家聯(lián)盟(IMU)的代表權(quán)問題得到解決:中國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)有三票投票權(quán),位于中國(guó)臺(tái)北的數(shù)學(xué)會(huì)有兩票投票權(quán).這年在美國(guó)加州伯克萊舉行的大會(huì)上,吳文俊作了45鐘報(bào)告(關(guān)于中國(guó)數(shù)學(xué)史).1990年在東京舉行國(guó)際數(shù)學(xué)家大會(huì),中國(guó)有65名代表與會(huì)(不包括臺(tái)北).80年代以來(lái),中國(guó)數(shù)學(xué)研究發(fā)展很快.從原來(lái)的中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)研究所又分立出應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所和系統(tǒng)科學(xué)研究所.由陳省身?yè)?dān)任所長(zhǎng)的南開數(shù)學(xué)研究所向全國(guó)開放,發(fā)揮了獨(dú)特的作用.北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等著名學(xué)府也成立了數(shù)學(xué)研究所.這些研究機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)研究成果正在逐漸接近國(guó)際水平.到1988年為止,在國(guó)外出版的中國(guó)數(shù)學(xué)家的數(shù)學(xué)著作已有43種.《數(shù)學(xué)年刊》《數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)》都相繼出版了英文版,在國(guó)外的影響日增,1990年收入世界數(shù)學(xué)家名錄的中國(guó)學(xué)者有927名.先后在中國(guó)國(guó)內(nèi)設(shè)立的數(shù)學(xué)最高獎(jiǎng)有陳省身獎(jiǎng)和華羅庚獎(jiǎng).1990年起,為了支持?jǐn)?shù)學(xué)家率先趕上世界先進(jìn)水平的共同愿望,除了正常的自然科學(xué)基金項(xiàng)目之外,又增設(shè)了專項(xiàng)的天元數(shù)學(xué)基金.這一措施也大大促進(jìn)了數(shù)學(xué)研究水平的提高.在中國(guó)的臺(tái)灣省,中央研究院的數(shù)學(xué)研究所是主要的數(shù)學(xué)研究機(jī)構(gòu),曾由周鴻經(jīng)、樊畿等多人主持過(guò).臺(tái)灣大學(xué)集中了許多著名的數(shù)學(xué)教授.早期有施拱星、許振榮等.臺(tái)灣學(xué)生在美國(guó)獲博士學(xué)位并在美國(guó)各大學(xué)數(shù)學(xué)系任教的學(xué)者很多,有較大影響的有項(xiàng)武忠、項(xiàng)武義等人.香港地區(qū)的數(shù)學(xué)教育在第二次世界大戰(zhàn)之前沒有多少力量.戰(zhàn)后最有影響的是幾何學(xué)家黃用諏,他從1948年起任香港大學(xué)教授,又擔(dān)任過(guò)教務(wù)長(zhǎng)和副校長(zhǎng).從香港大學(xué)和中文大學(xué)培養(yǎng)出一批有世界影響的數(shù)學(xué)家,其中包括榮獲菲爾茲獎(jiǎng)的丘成桐,以及肖蔭堂、陳紹遠(yuǎn)等著名數(shù)學(xué)家.

解放軍文職招聘考試阿基米德對(duì)數(shù)學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)-解放軍文職人員招聘-軍隊(duì)文職考試-紅師教育

發(fā)布時(shí)間:2017-11-22 19:12:47阿基米德對(duì)數(shù)學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)阿基米德(Archimedes,公元前287---前212)是數(shù)學(xué)歷史上最偉大的數(shù)學(xué)家之一,近代數(shù)學(xué)史家貝爾(E.T.Bell,1883---1960)說(shuō): 任何一張列出有史以來(lái)三個(gè)最偉大的數(shù)學(xué)家的名單中,必定包括阿基米德,另外兩個(gè)通常是牛頓和高斯.不過(guò)以他們的豐功偉績(jī)和所處的時(shí)代背景來(lái)比,拿他們影響當(dāng)代和后世的深邃久遠(yuǎn)來(lái)比較,還應(yīng)首推阿基米德. 阿基米德的名字在他同時(shí)代的人們中成為賢明的象征,他會(huì)用簡(jiǎn)單的方法解最難的問題.古希臘著名的作家和歷史學(xué)家普魯塔克(Plutarch,公元前1世紀(jì))說(shuō):把這樣困難的題目解決得如此簡(jiǎn)單和明白,在數(shù)學(xué)里沒有聽到過(guò),假如有誰(shuí)嘗試一下自己解這些題目,他會(huì)什么也得不到.但是,如果他熟悉了阿基米德的解法,那么他就會(huì)立刻得出這樣的印象,這個(gè)解法他自己也會(huì)找到.阿基米德用如此容易和簡(jiǎn)明的方法把我們引向目的.阿基米德終生傾心對(duì)科學(xué)的研究,常常沉浸于忘我的思考之中,普魯塔克曾寫道:阿基米德廢寢忘食,完全忽視關(guān)心自己的身體.經(jīng)常要強(qiáng)迫他去洗澡,在洗澡中,擦上香油膏,然而就在這時(shí),他用手指在自己擦上油膏的身體上畫幾何圖形.古羅馬建筑師維脫羅衛(wèi)(Vitruvius,公元前2世紀(jì))記述的阿基米德發(fā)現(xiàn)浮體規(guī)律的情景,令人感嘆不已.有一次敘拉古的亥厄洛(Hieron)王讓人制造純金的皇冠.做成后國(guó)王懷疑是否完全用純金制成,便請(qǐng)素稱多能的阿基米德來(lái)鑒定.阿基米德曾長(zhǎng)時(shí)間地思考解決的方法,正在苦悶之中,他到公共浴池洗澡,當(dāng)浸入裝滿水的浴盆中時(shí),水漫溢到盆外,而身體重量頓覺減輕.于是,他忽然想到不同質(zhì)料的東西,雖然重量相同,但因體積不同,排去的水必不相等.根據(jù)這一道理,不僅可以判斷皇冠是否摻有雜質(zhì),而且知道偷去黃金的重量.這次成功的發(fā)現(xiàn)使阿基米德大吃一驚,他光著身子跑出浴池,大聲喊: 我找到了 .經(jīng)過(guò)仔細(xì)地實(shí)驗(yàn),他終于發(fā)現(xiàn)了流體靜力學(xué)的基本原理: 阿基米德原理 ---物體在液體中減輕的重量,等于排去液體的重量.在阿基米德一生的最后幾年中,表現(xiàn)出了真摯的愛國(guó)熱情.他為祖國(guó)的安危獻(xiàn)出了自己全部力量和智慧.當(dāng)羅馬軍隊(duì)首領(lǐng)馬塞拉斯率領(lǐng)大軍進(jìn)攻敘拉古時(shí),阿基米德發(fā)揮了自己的聰明才智,制造新的機(jī)械對(duì)抗羅馬當(dāng)時(shí)先進(jìn)的軍事設(shè)施.他制造了許多武器,做好在任何情況下?lián)敉藬橙说臏?zhǔn)備.若敵人離城市很遠(yuǎn),便用巨大的遠(yuǎn)射程投射機(jī)器,發(fā)射大量的 重炮彈 和 火箭 ,擊敗敵人的戰(zhàn)船.當(dāng)阿基米德發(fā)覺炮彈落得太遠(yuǎn),不能擊中船只時(shí),便使用了適合較小距離的投射機(jī)器.這樣,使羅馬軍隊(duì)膽戰(zhàn)心驚,以致他們無(wú)力再向前推進(jìn).希臘文獻(xiàn)記載,當(dāng)羅馬兵船靠近城下,阿基米德用巨大火鏡反射日光使兵船焚燒.另一種說(shuō)法是他用投火器,將燃燒著的東西彈出去,燒毀敵人的戰(zhàn)船.總之,阿基米德竭盡全力,發(fā)明各種新式器械,給羅馬軍隊(duì)以沉重的打擊,為保衛(wèi)祖國(guó)作出了重大貢獻(xiàn).后來(lái),終因叛徒的出賣,敘拉古城失守了.一種說(shuō)法是阿基米德似乎并不知道城池已破,仍沉迷于數(shù)學(xué)的深思,埋頭畫幾何圖形.當(dāng)一個(gè)羅馬士兵沖到他面前時(shí),阿基米德嚴(yán)肅地說(shuō): 走開,不要?jiǎng)游业膱D. 羅馬士兵聽了,覺得受到污辱,就拔劍刺死了阿基米德.終年75歲.根據(jù)阿基米德生前遺囑,在墓碑上刻著球內(nèi)切于圓柱的圖形,象征著他特別珍視的發(fā)明.阿基米德在數(shù)學(xué)中做出很多貢獻(xiàn),他的許多著作的手稿一直保存到現(xiàn)在.一些數(shù)學(xué)史家都把他的原著譯成現(xiàn)代文字.例如,希思的英譯本,茲瓦利那的德譯本,維爾 埃斯克(P.Ver.Ee-cke)的法譯本,還有荷蘭的迪克特赫斯(E.J.Dijksterhuis)的名著《阿基米德》.其著作涉及的范圍很廣,也說(shuō)明他對(duì)前人在數(shù)學(xué)中的一切發(fā)現(xiàn)具有淵博的知識(shí).保存下來(lái)的阿基米德著作多半是幾何內(nèi)容的著作,也有一部分力學(xué)和計(jì)算問題的著作.主要是《論球與圓柱》(On the Sphere and Cylin der),《論拋物線求積法》(On Quadrature of the Parabola),《圓的度量》(Measurement of a Circle),《論螺線》(OnSpirals),《論平板的平衡》(On Plane Equilibriums),《論錐型體與球型體》(On Conoids Spheroids),《砂粒計(jì)算》(The Sand Reckoner),《論方法》(On Method)(阿基米德給厄拉托塞的書信中,關(guān)于幾何學(xué)的某些定理),《論浮體》(On Floating Bodies),《引理》.在這些著作中的幾何方面,他補(bǔ)充了許多關(guān)于平面曲線圖形求積法和確定曲面所包圍體積方面的獨(dú)創(chuàng)研究.在這些研究中,他預(yù)見到了極微分割的概念,這個(gè)觀念在17世紀(jì)的數(shù)學(xué)中起到了重要作用,其本身就是微積分的先聲,但缺乏極限概念.阿基米德的求積法蘊(yùn)育著積分思想的萌芽,利用這種方法,發(fā)現(xiàn)了定理阿基米德研究了曲線圖形求積的問題,并且用窮竭法建立了這樣的結(jié)果: 任何由直線和直角圓錐體的截面所包圍的弓形(即拋物線),下面是阿基米德的簡(jiǎn)略證明,可以揭示他的研究方法.AQ1Q4是一拋物線弓形,拋物線頂點(diǎn)為A(如圖3.14).Q1Q4交拋物線的軸于O點(diǎn).Q1O和Q4O各在Q2和Q3處平分,作圖中所示的各線段就可完成圖形.現(xiàn)在,Q1O2=4Q2O2=4BC2,AO=4AC,因此BQ2=3AC.采用同樣方法重復(fù)把Q1Q2,Q2O平分就可證明(1)式的右方加上等.在這些線上不斷這樣做下去,就可證明拋物線弓形面積是這里△是指△AQ1O4.然而阿基米德沒有求極限的觀念,他是用歸謬法來(lái)證明他的結(jié)論的.這種證法的要點(diǎn)是,如果所求面積不等于給定的面積S,它就一定同時(shí)大于它又小于它.而這是不合理的,由此,推知拋物線弓形的面積等于阿基米德在《圓的度量》(Measurement of acircle)一文中,利用外切與內(nèi)接96邊形求得圓周率 :史上最早給出的關(guān)于圓周率的誤差估計(jì).在進(jìn)行證明時(shí),阿基米德避免了借助無(wú)窮小量這個(gè)概念,因?yàn)檫@個(gè)概念一直是希臘人所懷疑的.他考慮了內(nèi)接多邊形和外切多邊形.他確立這個(gè)基本原理的方法是說(shuō)明并證明: 給定二不等量,則不論大量與小量之比如何接近1,都有可能:(1)求出兩條直線,使得較長(zhǎng)的與較短的之比更小(大于1);(2)作一圓或扇形的相似外切多邊形和內(nèi)接多邊形,使得外切多邊形的周長(zhǎng)或面積,與內(nèi)接多邊形的周長(zhǎng)或面積之比小于給定的比 .然后就像歐幾里得所做過(guò)的那樣,他證明如果不斷把邊數(shù)加倍,最后會(huì)留下一些弓形,它們加起來(lái)比任何指定的面積都要?。⒒椎聦?duì)此做了一點(diǎn)補(bǔ)充,即指出若把外切多邊形的邊數(shù)增加到足夠多,就能使多邊形的面積與圓的面積之差,小于任何給定的面積.阿基米德還研究了螺線,撰寫了《論螺線》一書,有人認(rèn)為,從某種意義來(lái)說(shuō),這是阿基米德對(duì)數(shù)學(xué)的全部貢獻(xiàn)中最出色的部分.許多學(xué)者都在他的作螺線切線的方法中預(yù)見到了微積分方法.值得稱道的是,他用運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)定義數(shù)學(xué)對(duì)象,如果一條射線繞其端點(diǎn)勻速旋轉(zhuǎn),同時(shí)有一動(dòng)點(diǎn)從端點(diǎn)開始沿射線作勻速運(yùn)動(dòng),那么這個(gè)點(diǎn)就描出一條螺線.這種螺線后來(lái)稱為 阿基米德螺線 .螺線有一個(gè)基本性質(zhì),把矢徑的長(zhǎng)度和初始線從初始位置旋轉(zhuǎn)時(shí)所通過(guò)的角度聯(lián)系起來(lái).此基本性質(zhì)是以命題14出現(xiàn)的,現(xiàn)在都以r=a 這個(gè)方程來(lái)表示之.阿基米德然后證明了,在第一個(gè)周轉(zhuǎn)和初始線之間所包圍的面積,亦即在矢徑O與2寫道: 我認(rèn)為螺線和回到原處的直線所圍的面積,等于以該固定點(diǎn)作 有一直線在螺線的末端與螺線相切 并從固定端另作一直線垂直于旋轉(zhuǎn)一周后返回到原處的直線,以致與切線相遇,我認(rèn)為這樣做成的與切線相遇的直線,就等于這個(gè)圓的圓周 .此即為《論螺線》一書中命題24.阿基米德在《砂粒計(jì)算》(論數(shù)砂)著作中,設(shè)計(jì)出了一種表示大數(shù)的計(jì)數(shù)系統(tǒng),能表示超出當(dāng)時(shí)希臘計(jì)數(shù)系統(tǒng)所能表示的數(shù).在阿基米德之前,希臘人的計(jì)算擴(kuò)大到不超過(guò)10000,并將10000叫做無(wú)數(shù)之多.阿基米德把無(wú)數(shù)之多當(dāng)作一種新的單位,把無(wú)數(shù)之多引入計(jì)算,并且提出了更高位的單位.據(jù)說(shuō)阿基米德向希臘數(shù)學(xué)家們提出過(guò)一個(gè) 群牛問題 .實(shí)質(zhì)上要從7個(gè)方程中,得出8個(gè)正整數(shù)解,最后歸結(jié)為一個(gè)二次不定方程x2-472949y2=1,這個(gè)方程的解的位數(shù)相當(dāng)大.《引理》(Liber Assumptorum)一書是阿基米德最早的著作,其中含有15個(gè)命題,例如:命題2,如果做正方形的外接圓與內(nèi)切圓,那么外接圓的面積等于內(nèi)切圓面積的兩倍.命題3,如果在圓內(nèi)作兩條相交成直角的弦,那么由交點(diǎn)分成的4條線段的平方和等于直徑的平方.在《論浮體》(on Floating Bodies)一文中,阿基米德首先給出了比重比流體小的物體、相同的物體、大的物體浮力的法則,這確實(shí)是一部具有時(shí)代意義的杰作.阿基米德在數(shù)學(xué)的創(chuàng)作中,運(yùn)用了很多獨(dú)到的方法.尤其他根據(jù)力學(xué)的原理發(fā)現(xiàn)問題之法,被整理成《阿基米德方法》(The Method of Archimedes).1906年海堡(J. L.Heiberg)在君士坦丁堡(Constantinople,現(xiàn)稱伊斯坦布爾(lstanbul),土耳其最大城市)發(fā)現(xiàn)阿基米德寫給厄拉托塞(Eratosthenes,約公元前274---194年)的信以及阿基米德其他著作的傳抄本,記述了阿塞米德結(jié)合靜力學(xué)和流體力學(xué)研究大量的關(guān)于計(jì)算長(zhǎng)度、面積、體積和重心等有關(guān)幾何問題.其要點(diǎn)是:體積是由面積構(gòu)成,面積是由彼此平行的直線構(gòu)成.每條直線都有重量,而且與它們的長(zhǎng)度成正比.因而可以把問題歸結(jié)于使未知的幾何圖形與已知的幾何圖形相互平衡以求重心,其中利用杠桿原理確定拋物弓形面積,球和球冠面積,旋轉(zhuǎn)雙曲體體積就是例證.實(shí)際上,這是通往積分的較快的迂回之路.阿基米德信心百倍地預(yù)言: 一旦這種方法確立之后,有些人或者是我的同代人,或者是我的后繼者,就會(huì)利用這個(gè)方法又發(fā)現(xiàn)另外一些定理,而這些定理是我所預(yù)想不到的. 阿基米德為了能在數(shù)學(xué)中確立發(fā)現(xiàn)問題的方法,并給出了邏輯證明.阿基米德的預(yù)言,終于在近2000年之后,得以實(shí)現(xiàn).18世紀(jì),丹尼爾 伯努利(Da-niel Bernoulli)由物理知識(shí)推測(cè)到了三角級(jí)數(shù)形式的弦振動(dòng)的微分方程的一般解.19世紀(jì)中葉黎曼(G.F.B.Riemann)由電學(xué)理論確定在每一個(gè)封閉的黎曼曲面上都存在著通常有解的代數(shù)函數(shù).阿基米德作出的所有結(jié)論都是在沒有代數(shù)符號(hào)的情況下獲得的,使證明的過(guò)程頗為復(fù)雜,但他以驚人的獨(dú)創(chuàng)性,將熟練的計(jì)算技巧和嚴(yán)格的證明融為一體,并將抽象的理論與工程技術(shù)的具體應(yīng)用緊密結(jié)合起來(lái),將希臘數(shù)學(xué)推向一個(gè)新階段.由于阿基米德在科學(xué)研究中,注意在實(shí)踐中洞察事物的各種現(xiàn)象,并透過(guò)現(xiàn)象認(rèn)清本質(zhì),然后通過(guò)嚴(yán)格的論證,使經(jīng)驗(yàn)事實(shí)上升為系統(tǒng)的理論,因此,阿基米德在天文學(xué)、力學(xué)等方面也作出了重大貢獻(xiàn).阿基米德一生酷愛天文學(xué),但遺憾的是他關(guān)于天文學(xué)的著作沒有保留下來(lái),根據(jù)希達(dá)克斯(Syntaxis)的記載,為了進(jìn)行天文觀測(cè),阿基比較精確的.并用儀器測(cè)量太陽(yáng)的視角直徑等,據(jù)說(shuō)阿基米德撰寫過(guò)《天文儀器的制作》(On the mak-ing of spheres)一書,現(xiàn)已失傳.總之,阿基米德的所有名著都以精確和嚴(yán)謹(jǐn)著稱.正如數(shù)學(xué)史家希思所說(shuō), 這些論著毫無(wú)例外地都是數(shù)學(xué)論文的紀(jì)念碑.解題計(jì)劃的逐步啟示,命題次序的巧妙排列,嚴(yán)格排除與目的沒有直接關(guān)聯(lián)的一切東西,對(duì)整體的潤(rùn)飾---其完美性所給人的印象是如此之深,以致在讀者心中能產(chǎn)生一種近乎敬畏的感情 .

解放軍文職招聘考試朱世杰及元代數(shù)學(xué)-解放軍文職人員招聘-軍隊(duì)文職考試-紅師教育

發(fā)布時(shí)間:2017-11-22 19:29:09朱世杰及元代數(shù)學(xué)一、元初數(shù)學(xué)成就1.王恂的數(shù)學(xué)工作王恂(1235 1281),元代數(shù)學(xué)家.字敬甫,唐縣(今屬河北)人.他 六歲就學(xué),十三歲學(xué)九數(shù),輒造其極 .后從劉秉忠學(xué),官至太史令.至元十七年(1280)與天文學(xué)家郭守敬(1231 1316)等共同編成《授時(shí)歷》,其中的數(shù)學(xué)工作主要是王恂作的.唐代張遂制訂歷法時(shí),假定太陽(yáng)作勻加速運(yùn)動(dòng),所以使用二次內(nèi)插法.但實(shí)際上,太陽(yáng)運(yùn)行的加速度是不斷變化的.在《授時(shí)歷》中,王恂把太陽(yáng)、月亮及五星的視行度當(dāng)作時(shí)間的三次函數(shù),采用三次內(nèi)插法來(lái)求函數(shù)值,收到更好效果.但確定天體位置需要使用赤道坐標(biāo)和黃道坐標(biāo),王恂之前是直接通過(guò)天文觀測(cè)來(lái)確定這兩種坐標(biāo)的.王恂首先注意到兩種坐標(biāo)的數(shù)學(xué)關(guān)系,提出如下問題:已知太陽(yáng)的 黃道積度 ,求 赤道積度 和 赤道內(nèi)外度 .如圖8.16,設(shè)A為春分點(diǎn),D為夏至點(diǎn),其中d為直徑,BN OC,CP OE.只要測(cè)得黃道坐標(biāo),便可利用上述公式及其他有關(guān)知識(shí)推出相應(yīng)的赤道坐標(biāo),從而使人們經(jīng)過(guò)較少的實(shí)測(cè),得到較多的結(jié)果.2.趙友欽的割圓術(shù)趙友欽,元代天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家.字子公,號(hào)緣督先生,鄱陽(yáng)(今江西鄱陽(yáng))人,生卒年不詳.所著《革象新書》是一部天文數(shù)學(xué)著作.作圓內(nèi)接正方形,然后不斷倍增邊數(shù),依次求得各內(nèi)接正多邊形邊長(zhǎng)(圖8.17). 置第十二次之小弦以第十二次之曲數(shù)一萬(wàn)六千三百八十四乘之,得三千一百四十一寸五分九厘二毫有奇,即是千寸徑之周圍也.周率近似值中最準(zhǔn)確的一個(gè).趙友欽說(shuō): 自一、二次求之以至一十二次,可謂極其精密.若節(jié)節(jié)求之,雖至千萬(wàn)次,其數(shù)終不窮. 可見他不僅認(rèn)識(shí)到圓內(nèi)接正多邊形的極限位置是圓,而且認(rèn)識(shí)到極限是一個(gè)不可窮盡的過(guò)程,這種思想與現(xiàn)代極限觀念相當(dāng)接近.趙友欽還進(jìn)一步揭示了方、圓關(guān)系,說(shuō): 要之方為數(shù)之始,圓為數(shù)之終.圓始于方,方終于圓. 這種 曲直互通 的思想是很深刻的,他已認(rèn)識(shí)到方可轉(zhuǎn)化為圓,而轉(zhuǎn)化的條件便是取極限.二、朱世杰生平朱世杰,元代數(shù)學(xué)家.字漢卿,號(hào)松庭,燕山(今北京附近)人,生卒年不詳.元統(tǒng)一中國(guó)后,朱世杰曾以數(shù)學(xué)家的身份周游各地二十余年,向他求學(xué)的人很多,他到廣陵(今揚(yáng)州)時(shí) 踵門而學(xué)者云集 .朱世杰全面繼承前人的數(shù)學(xué)成果,他吸收了高次方程的數(shù)值解法,又吸收了北方的天元術(shù)及南方的各種日用算法、數(shù)學(xué)口訣等,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)造性研究,寫成以總結(jié)和普及當(dāng)時(shí)各方面數(shù)學(xué)知識(shí)為宗旨的《算學(xué)啟蒙》(三卷)和四元術(shù)的代表作《四元玉鑒》(三卷),先后于1299年和1303年刊?。焓澜苁窃罱艹龅臄?shù)學(xué)家,清羅士琳(1774 1853)說(shuō)他 兼包眾有,充類盡量,神而明之尤超越乎秦(九韶)李(冶)之上. 《四元玉鑒》的成書則標(biāo)志著宋元數(shù)學(xué)達(dá)到最高峰.美國(guó)科學(xué)史家薩頓(G.Sarton)稱贊該書 是中國(guó)數(shù)學(xué)著作中最重要的一部,也是中世紀(jì)的杰出數(shù)學(xué)著作之一.三、《算學(xué)啟蒙》《算學(xué)啟蒙》的內(nèi)容由淺入深,次第謹(jǐn)嚴(yán),從一位數(shù)乘法開始,一直講到當(dāng)時(shí)的最新數(shù)學(xué)成果 天元術(shù),形成一個(gè)完整體系,內(nèi)容包括多位數(shù)乘法、分?jǐn)?shù)四則運(yùn)算、面積和體積計(jì)算、比例問題、垛積術(shù)、盈不足術(shù)、線性方程組、高次方程解法等.尤其引人注目的是,卷首 總括 中給出一整套數(shù)學(xué)概念及運(yùn)算法則,作為全書的理論基礎(chǔ).其中包括正負(fù)數(shù)乘法法則及倒數(shù)概念.朱世杰明確指出: 同名(號(hào))相乘為正,異名相乘為負(fù). 又指出: 平除長(zhǎng)為小長(zhǎng),長(zhǎng)除平為小平. 小長(zhǎng)平相乘得一步為小積. 這便給出倒數(shù)的基本性質(zhì)在《算學(xué)啟蒙》中,朱世杰借助輔助未知數(shù)解線性方程組,這在數(shù)學(xué)史上還是首次.例如卷下 方程正負(fù)門 第五題,依術(shù)列方程組如下(改用現(xiàn)代符號(hào)):這種方法對(duì)于簡(jiǎn)化運(yùn)算程序是很有意義的,系數(shù)越復(fù)雜,設(shè)輔助未知數(shù)的方法就越有用.另外,書中把天元術(shù)廣泛用于各種面積和體積問題,導(dǎo)出許多高次方程,這說(shuō)明天元術(shù)在李冶的基礎(chǔ)上有了進(jìn)一步的發(fā)展.朱世杰還致力于算法研究,給出一些新的公式,如 開方釋鎖門 給出根式運(yùn)算法則其中n,a,b為自然數(shù),n 2.《算學(xué)啟蒙》為《四元玉鑒》提供了必要的預(yù)備知識(shí),正如羅士琳所說(shuō),該書 似淺實(shí)深 ,與《四元玉鑒》 相為表里 .四、《四元玉鑒》《四元玉鑒》的主要成就是四元術(shù),即四元高次方程組的建立和求解方法.在他之前,已有李德載《兩儀群英集臻》討論二元術(shù),劉大鑒《乾坤括囊》討論三元術(shù).在此基礎(chǔ)上,朱世杰 演數(shù)有年,探三才之賾,索九章之隱,按天、地、人、物立成四元 (《四元玉鑒》后序),創(chuàng)立了舉世聞名的四元術(shù).朱世杰的天、地、人、物,相當(dāng)于現(xiàn)在的x,y,z,u,其擺法如圖8 .18,例如方程-x2+3xy-2xz+x-y-z=0(卷下 三才變通 第1題)及2u4-u3-u2+3u-8z2+2xz+2xy+6yz=0(卷下 四象朝元 第6題)分別擺成圖8.19和圖8.20的形狀.《四元玉鑒》共24門288問,所有問題都與方程或方程組有關(guān).題目順序大體是先方程后方程組,先線性方程組后高次方程組.朱世杰創(chuàng)造了一套完整的消未知數(shù)方法,稱為四元消法.這種方法在世界上長(zhǎng)期處于領(lǐng)先地位,直到18世紀(jì),法國(guó)數(shù)學(xué)家貝祖(E.Bezoub,1730 1783)提出一般的高次方程組解法,才超過(guò)朱世杰.但朱世杰的消法要點(diǎn)僅見于書首 假令四草 ,其他各題均無(wú)草.書首還列有 今古開方會(huì)要之圖 、 四元自乘演段之圖 、 五和自乘演段之圖 和 五較自乘演段之圖 ,這些圖的作用也是統(tǒng)御全書.朱世杰說(shuō): 凡習(xí)四元者,以明理為務(wù).必達(dá)乘除、升降、進(jìn)退之理,乃盡性窮神之學(xué)也. 卷首各圖便是為 明理 而作,他說(shuō): 夫算中玄妙,無(wú)過(guò)演段.如積幽微,莫越認(rèn)圖.其法奧妙,學(xué)者鮮能造其微.前明五和,次辨五較,自知優(yōu)劣也.《四元玉鑒》表明,朱世杰在方程領(lǐng)域取得重要成就.以前的方程都是有理方程,朱世杰則突破有理式的限制,開始討論無(wú)理方程.他不化為有理方程(見 左右逢源 第21題, 撥換截田 第18題, 四象朝元 第1題).四元消法是朱世杰方程理論的核心.他通過(guò)方程組中不同方程的配合,依次消掉未知數(shù),化四元式為一元式,即一元高次方程.三元式和四元式的消法稱為 剔而消之 ,即把全式剔分為二,進(jìn)行相消.二元式的消法稱為 互隱通分相消 .下面以二元三行式為例說(shuō)明其消法.其中各系數(shù)是關(guān)于另一個(gè)未知數(shù)的多項(xiàng)式(可以是常數(shù)).欲消x2項(xiàng),先以B2乘(1)式中x2項(xiàng)以外各項(xiàng),再以A2乘(2)式中x2項(xiàng)以外各項(xiàng),相減,得C1x+C0=0. (3)以x乘(3),得C1x2+C0x=0. (4)將(4)與(1)或(2)聯(lián)立,用同樣方法消去x2項(xiàng),得D1x+D0=0. (5)(3)與(5)聯(lián)立,便為二元二行式.朱世杰稱C1,D0為外二行,C0,D1為內(nèi)二行.內(nèi)二行乘積與外二行乘積相減,得C1D0-C0D1=0.這便消去x,得到只含另一個(gè)未知數(shù)的一元方程了.《四元玉鑒》含二元問題36個(gè),三元問題13個(gè),四元問題7個(gè).雖然用到四元術(shù)的題目不多,但它們卻代表了全書,也代表了當(dāng)時(shí)世界范圍內(nèi)方程組理論的最高水平. 四象朝元 第6題所導(dǎo)出的十四次方程是中國(guó)古算史上次數(shù)最高的方程.高階等差級(jí)數(shù)理論是書中另一成就.沈括的隙積術(shù)開了研究高階等差級(jí)數(shù)的先河,楊輝給出包括隙積術(shù)在內(nèi)的一系列二階等差級(jí)數(shù)求和公式.朱世杰在這一領(lǐng)域作了總結(jié)性工作.在中卷 茭草形段 和下卷 果垛疊藏 中,他依次研究了一階至五階等差級(jí)數(shù)求和問題,不僅給出相應(yīng)的公式,而且發(fā)現(xiàn)其規(guī)律,掌握了如下的三角垛統(tǒng)一公式從而奠定了垛積術(shù)的理論基礎(chǔ).實(shí)際上,等差級(jí)數(shù)是幾階的,便可把上式中的p換為幾.朱世杰給出了p=1,2, ,5的特例.他還發(fā)現(xiàn)垛積術(shù)與內(nèi)插法的內(nèi)在聯(lián)系,在 如象招數(shù) 第5題中利用垛積術(shù)導(dǎo)出四次內(nèi)插公式(四次差為一非零常數(shù),五次差為零):其中 1, 2, 3, 4分別為一次差、二次差、三次差、四次差.由于朱世杰正確指出了公式中各項(xiàng)系數(shù)恰好是一系列三角垛的積,他顯然能夠解決更高次的內(nèi)插問題,從而把中國(guó)古代的內(nèi)插法推向一個(gè)新水平.在幾何方面,朱世杰也有一定的貢獻(xiàn).自《九章算術(shù)》以來(lái),中國(guó)就有了平面幾何與立體幾何,但一直到北宋,幾何研究離不開勾股和面積、體積.李冶開始注意到圓城圖式中各元素的關(guān)系,得到一些定理,但未能推廣到更一般的情形.朱世杰在李冶思想的基礎(chǔ)上,深入研究了勾股形內(nèi)及圓內(nèi)各幾何元素的數(shù)量關(guān)系,發(fā)現(xiàn)了平面幾何中的射影定理和特殊情形的弦冪定理.例如卷上 混積問元 第七題,如圖8.21,朱世杰得到公式易證等號(hào)左面等于h2,所以此式與射影定理h2=ef等價(jià).再如卷中 撥換截田 第十四題,如圖8.22,AB CD于E,朱世杰給出公式4CE ED=AB2此式顯然是弦冪定理CE ED=AE EB在兩弦垂直且有一弦為直徑時(shí)的特殊情形.五、宋元數(shù)學(xué)的外傳及衰落《算學(xué)啟蒙》出版后不久即傳到朝鮮和日本.在朝鮮李朝時(shí)期(14 16世紀(jì)),《算學(xué)啟蒙》及《楊輝算法》都被作為朝廷選拔算官的基本書籍.兩書的朝鮮慶州府刻本(15世紀(jì))一直保存至今.由于《算學(xué)啟蒙》在明代失傳,清羅士琳幸得朝鮮金始振翻刻本(1660),于1839年在揚(yáng)州重新出版,成為中國(guó)現(xiàn)存各版本的母本.《算學(xué)啟蒙》對(duì)日本的影響也很大,不少日本學(xué)者在研究此書的基礎(chǔ)上寫出專著,比較著名的有星野實(shí)宣《新編算學(xué)啟蒙注解》三卷(1672)、建部賢弘《算學(xué)啟蒙諺解大全》七卷(1690)等.宋元數(shù)學(xué)還曾傳到阿拉伯.13世紀(jì)旭烈兀①西征時(shí),帶走了一批中國(guó)天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家.他征服波斯后支持納西爾丁(Na-sirad-Din,1201 1274)在馬拉蓋(Maraghen,今伊朗境內(nèi))建立了一座規(guī)模宏大的天文臺(tái),并把帶去的中國(guó)學(xué)者留在天文臺(tái)和納西爾丁一起工作,這是中國(guó)數(shù)學(xué)傳入阿拉伯國(guó)家的一個(gè)途徑.阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)家卡西(al-kāshī,? 1429)的《算術(shù)之鑰》(The Key of Arithmetic,1427)中有不少內(nèi)容與中國(guó)數(shù)學(xué)相同,如賈憲三角形、增乘開方法,以及和 百雞問題 極為類似的 百禽問題 等.他受到中國(guó)數(shù)學(xué)影響是可以肯定的,當(dāng)然不排除其獨(dú)立取得成果的可能性.在元代,阿拉伯?dāng)?shù)碼曾傳入中國(guó),但并未被中國(guó)人接受.歐幾里得《幾何原本》也傳到上都(今內(nèi)蒙古正藍(lán)旗),可惜沒有譯成中文,所以影響不大,不久便散失了.朱世杰之后,元代數(shù)學(xué)便開始走下坡路.明代數(shù)學(xué)理論水平遠(yuǎn)不及宋元,天元術(shù)、四元術(shù)成為絕學(xué).直到明末清初,由于西方數(shù)學(xué)的傳入及中國(guó)學(xué)者的努力,數(shù)學(xué)才有所回升.那么,宋元數(shù)學(xué)衰落的原因是什么呢?首先,中國(guó)傳統(tǒng)數(shù)學(xué)是依靠算籌的,雖然這是一種很有用的計(jì)算工具,但具有不可避免的局限性,因?yàn)樗贿m于計(jì)算而不適于證明,只能表示具體的量而不能表示抽象的量.這就限制了人們的抽象思維,限制了數(shù)學(xué)一般化程度的提高.宋元方程理論可以由天元術(shù)發(fā)展為四元術(shù),但在籌算體系內(nèi)卻無(wú)法建立五元術(shù)或n元術(shù),因?yàn)樗膫€(gè)未知數(shù)已把 太 的上下左右占滿.這個(gè)例子便說(shuō)明了算籌的局限性.更重要的是,人們無(wú)法利用算籌進(jìn)行邏輯推理,也很難在籌算體系內(nèi)發(fā)展數(shù)學(xué)符號(hào).但這些消極因素的總和,充其量是使數(shù)學(xué)停滯不前.而事實(shí)上,元末數(shù)學(xué)不僅沒前進(jìn),反而后退.造成這種狀況的原因就不在數(shù)學(xué)內(nèi)部,而在于社會(huì)了.當(dāng)時(shí)的政策是不利于科學(xué)發(fā)展的,尤其是八股取士制.1314年恢復(fù)科舉考試后,內(nèi)容以朱熹集注的《四書》為主,將數(shù)學(xué)內(nèi)容完全取消.不久,這種考試發(fā)展為 以四書五經(jīng)命題、八股文取士 的制度,引導(dǎo)知識(shí)分子遠(yuǎn)離自然科學(xué),嚴(yán)重束縛了讀書人的思想.知識(shí)分子們?yōu)榱斯γ?,紛紛埋頭于《四書五經(jīng)》,只會(huì)在儒家經(jīng)典中尋章摘句,奢談三綱五常之類的封建倫理,哪里還顧得上數(shù)學(xué)及其他有實(shí)用價(jià)值的科學(xué)技術(shù)呢?正如元末丁巨所說(shuō): 時(shí)尚浮辭,動(dòng)言大綱 士類以科舉故,未暇篤實(shí). 八股取士制的危害,在明代愈演愈烈,顧炎武曾痛斥說(shuō): 開科取士,則天下之人日愚一日. 元末以后的社會(huì)思潮也不利于數(shù)學(xué)發(fā)展,成為官方哲學(xué)的理學(xué)完全摒棄了自然科學(xué).理學(xué)家們大談天理、人倫,認(rèn)為科學(xué)技術(shù)乃雕蟲小技,為君子所不齒,甚至譏笑研究數(shù)學(xué)的人是 玩物喪志 .在這種社會(huì)環(huán)境中,數(shù)學(xué)由盛而衰就不奇怪了.