【教育资料】数学家的故事:元代数学家朱世杰学习专用
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第六节朱世杰及元代数学一、元初数学成就1.王恂的数学工作王恂(1235—1281),元代数学家.字敬甫,唐县(今属河北)人.他“六岁就学,十三岁学九数,辄造其极”.后从刘秉忠学,官至太史令.至元十七年(1280)与天文学家郭守敬(1231—1316)等共同编成《授时历》,其中的数学工作主要是王恂作的.唐代张遂制订历法时,假定太阳作匀加速运动,所以使用二次内插法.但实际上,太阳运行的加速度是不断变化的.在《授时历》中,王恂把太阳、月亮及五星的视行度当作时间的三次函数,采用三次内插法来求函数值,收到更好效果.但确定天体位置需要使用赤道坐标和黄道坐标,王恂之前是直接通过天文观测来确定这两种坐标的.王恂首先注意到两种坐标的数学关系,提出如下问题:已知太阳的“黄道积度”,求“赤道积度”和“赤道内外度”.如图8.16,设A为春分点,D为夏至点,其中d为直径,BN⊥OC,CP⊥OE.只要测得黄道坐标,便可利用上述公式及其他有关知识推出相应的赤道坐标,从而使人们经过较少的实测,得到较多的结果.2.赵友钦的割圆术赵友钦,元代天文学家、数学家.字子公,号缘督先生,鄱阳(今江西鄱阳)人,生卒年不详.所著《革象新书》是一部天文数学著作.作圆内接正方形,然后不断倍增边数,依次求得各内接正多边形边长(图8.17).“置第十二次之小弦以第十二次之曲数一万六千三百八十四乘之,得三千一百四十一寸五分九厘二毫有奇,即是千寸径之周围也.”周率近似值中最准确的一个.赵友钦说:“自一、二次求之以至一十二次,可谓极其精密.若节节求之,虽至千万次,其数终不穷.”可见他不仅认识到圆内接正多边形的极限位置是圆,而且认识到极限是一个不可穷尽的过程,这种思想与现代极限观念相当接近.赵友钦还进一步揭示了方、圆关系,说:“要之方为数之始,圆为数之终.圆始于方,方终于圆.”这种“曲直互通”的思想是很深刻的,他已认识到方可转化为圆,而转化的条件便是取极限.二、朱世杰生平朱世杰,元代数学家.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,朱世杰曾以数学家的身份周游各地二十余年,向他求学的人很多,他到广陵(今扬州)时“踵门而学者云集”.朱世杰全面继承前人的数学成果,他吸收了高次方程的数值解法,又吸收了北方的天元术及南方的各种日用算法、数学口诀等,在此基础上进行了创造性研究,写成以总结和普及当时各方面数学知识为宗旨的《算学启蒙》(三卷)和四元术的代表作《四元玉鉴》(三卷),先后于1299年和1303年刊印.朱世杰是元代最杰出的数学家,清罗士琳(1774—1853)说他“兼包众有,充类尽量,神而明之尤超越乎秦(九韶)李(冶)之上.”《四元玉鉴》的成书则标志着宋元数学达到最高峰.美国科学史家萨顿(G.Sarton)称赞该书“是中国数学著作中最重要的一部,也是中世纪的杰出数学著作之一.”三、《算学启蒙》《算学启蒙》的内容由浅入深,次第谨严,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,内容包括多位数乘法、分数四则运算、面积和体积计算、比例问题、垛积术、盈不足术、线性方程组、高次方程解法等.尤其引人注目的是,卷首“总括”中给出一整套数学概念及运算法则,作为全书的理论基础.其中包括正负数乘法法则及倒数概念.朱世杰明确指出:“同名(号)相乘为正,异名相乘为负.”又指出:“平除长为小长,长除平为小平.……小长平相乘得一步为小积.”这便给出倒数的基本性质在《算学启蒙》中,朱世杰借助辅助未知数解线性方程组,这在数学史上还是首次.例如卷下“方程正负门”第五题,依术列方程组如下(改用现代符号):这种方法对于简化运算程序是很有意义的,系数越复杂,设辅助未知数的方法就越有用.另外,书中把天元术广泛用于各种面积和体积问题,导出许多高次方程,这说明天元术在李冶的基础上有了进一步的发展.朱世杰还致力于算法研究,给出一些新的公式,如“开方释锁门”给出根式运算法则其中n,a,b为自然数,n≥2.《算学启蒙》为《四元玉鉴》提供了必要的预备知识,正如罗士琳所说,该书“似浅实深”,与《四元玉鉴》“相为表里”.四、《四元玉鉴》《四元玉鉴》的主要成就是四元术,即四元高次方程组的建立和求解方法.在他之前,已有李德载《两仪群英集臻》讨论二元术,刘大鉴《乾坤括囊》讨论三元术.在此基础上,朱世杰“演数有年,探三才之赜,索九章之隐,按天、地、人、物立成四元”(《四元玉鉴》后序),创立了举世闻名的四元术.朱世杰的天、地、人、物,相当于现在的x,y,z,u,其摆法如图8 .18,例如方程-x2+3xy-2xz+x-y-z=0(卷下“三才变通”第1题)及2u 4-u3-u2+3u-8z2+2xz+2xy+6yz=0(卷下“四象朝元”第6题)分别摆成图8.19和图8.20的形状.《四元玉鉴》共24门288问,所有问题都与方程或方程组有关.题目顺序大体是先方程后方程组,先线性方程组后高次方程组.朱世杰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(E.Bezoub,1730—1783)提出一般的高次方程组解法,才超过朱世杰.但朱世杰的消法要点仅见于书首“假令四草”,其他各题均无草.书首还列有“今古开方会要之图”、“四元自乘演段之图”、“五和自乘演段之图”和“五较自乘演段之图”,这些图的作用也是统御全书.朱世杰说:“凡习四元者,以明理为务.必达乘除、升降、进退之理,乃尽性穷神之学也.”卷首各图便是为“明理”而作,他说:“夫算中玄妙,无过演段.如积幽微,莫越认图.其法奥妙,学者鲜能造其微.前明五和,次辨五较,自知优劣也.”《四元玉鉴》表明,朱世杰在方程领域取得重要成就.以前的方程都是有理方程,朱世杰则突破有理式的限制,开始讨论无理方程.他不化为有理方程(见“左右逢源”第21题,“拨换截田”第18题,“四象朝元”第1题).四元消法是朱世杰方程理论的核心.他通过方程组中不同方程的配合,依次消掉未知数,化四元式为一元式,即一元高次方程.三元式和四元式的消法称为“剔而消之”,即把全式剔分为二,进行相消.二元式的消法称为“互隐通分相消”.下面以二元三行式为例说明其消法.其中各系数是关于另一个未知数的多项式(可以是常数).欲消x2项,先以B2乘(1)式中x2项以外各项,再以A2乘(2)式中x2项以外各项,相减,得C1x+C0=0. (3)以x乘(3),得C1x2+C0x=0. (4)将(4)与(1)或(2)联立,用同样方法消去x2项,得D1x+D0=0. (5)(3)与(5)联立,便为二元二行式.朱世杰称C1,D0为外二行,C0,D1为内二行.内二行乘积与外二行乘积相减,得C1D0-C0D1=0.这便消去x,得到只含另一个未知数的一元方程了.《四元玉鉴》含二元问题36个,三元问题13个,四元问题7个.虽然用到四元术的题目不多,但它们却代表了全书,也代表了当时世界范围内方程组理论的最高水平.“四象朝元”第6题所导出的十四次方程是中国古算史上次数最高的方程.高阶等差级数理论是书中另一成就.沈括的隙积术开了研究高阶等差级数的先河,杨辉给出包括隙积术在内的一系列二阶等差级数求和公式.朱世杰在这一领域作了总结性工作.在中卷“茭草形段”和下卷“果垛叠藏”中,他依次研究了一阶至五阶等差级数求和问题,不仅给出相应的公式,而且发现其规律,掌握了如下的三角垛统一公式从而奠定了垛积术的理论基础.实际上,等差级数是几阶的,便可把上式中的p换为几.朱世杰给出了p=1,2,…,5的特例.他还发现垛积术与内插法的内在联系,在“如象招数”第5题中利用垛积术导出四次内插公式(四次差为一非零常数,五次差为零):其中Δ1,Δ2,Δ3,Δ4分别为一次差、二次差、三次差、四次差.由于朱世杰正确指出了公式中各项系数恰好是一系列三角垛的积,他显然能够解决更高次的内插问题,从而把中国古代的内插法推向一个新水平.在几何方面,朱世杰也有一定的贡献.自《九章算术》以来,中国就有了平面几何与立体几何,但一直到北宋,几何研究离不开勾股和面积、体积.李冶开始注意到圆城图式中各元素的关系,得到一些定理,但未能推广到更一般的情形.朱世杰在李冶思想的基础上,深入研究了勾股形内及圆内各几何元素的数量关系,发现了平面几何中的射影定理和特殊情形的弦幂定理.例如卷上“混积问元”第七题,如图8.21,朱世杰得到公式易证等号左面等于h2,所以此式与射影定理h2=ef等价.再如卷中“拨换截田”第十四题,如图8.22,AB⊥CD于E,朱世杰给出公式4CE×ED=AB2此式显然是弦幂定理CE×ED=AE×EB在两弦垂直且有一弦为直径时的特殊情形.五、宋元数学的外传及衰落《算学启蒙》出版后不久即传到朝鲜和日本.在朝鲜李朝时期(14—16世纪),《算学启蒙》及《杨辉算法》都被作为朝廷选拔算官的基本书籍.两书的朝鲜庆州府刻本(15世纪)一直保存至今.由于《算学启蒙》在明代失传,清罗士琳幸得朝鲜金始振翻刻本(1660),于1839年在扬州重新出版,成为中国现存各版本的母本.《算学启蒙》对日本的影响也很大,不少日本学者在研究此书的基础上写出专著,比较著名的有星野实宣《新编算学启蒙注解》三卷(1672)、建部贤弘《算学启蒙谚解大全》七卷(1690)等.宋元数学还曾传到阿拉伯.13世纪旭烈兀①西征时,带走了一批中国天文学家和数学家.他征服波斯后支持纳西尔丁(Na-sirad-Din,1201—1274)在马拉盖(Maraghen,今伊朗境内)建立了一座规模宏大的天文台,并把带去的中国学者留在天文台和纳西尔丁一起工作,这是中国数学传入阿拉伯国家的一个途径.阿拉伯数学家卡西(al-kāsh ī,?—1429)的《算术之钥》(The Key of Arithmetic,1427)中有不少内容与中国数学相同,如贾宪三角形、增乘开方法,以及和“百鸡问题”极为类似的“百禽问题”等.他受到中国数学影响是可以肯定的,当然不排除其独立取得成果的可能性.在元代,阿拉伯数码曾传入中国,但并未被中国人接受.欧几里得《几何原本》也传到上都(今内蒙古正蓝旗),可惜没有译成中文,所以影响不大,不久便散失了.朱世杰之后,元代数学便开始走下坡路.明代数学理论水平远不及宋元,天元术、四元术成为绝学.直到明末清初,由于西方数学的传入及中国学者的努力,数学才有所回升.那么,宋元数学衰落的原因是什么呢?首先,中国传统数学是依靠算筹的,虽然这是一种很有用的计算工具,但具有不可避免的局限性,因为它只适于计算而不适于证明,只能表示具体的量而不能表示抽象的量.这就限制了人们的抽象思维,限制了数学一般化程度的提高.宋元方程理论可以由天元术发展为四元术,但在筹算体系内却无法建立五元术或n元术,因为四个未知数已把“太”的上下左右占满.这个例子便说明了算筹的局限性.更重要的是,人们无法利用算筹进行逻辑推理,也很难在筹算体系内发展数学符号.但这些消极因素的总和,充其量是使数学停滞不前.而事实上,元末数学不仅没前进,反而后退.造成这种状况的原因就不在数学内部,而在于社会了.当时的政策是不利于科学发展的,尤其是八股取士制.1314年恢复科举考试后,内容以朱熹集注的《四书》为主,将数学内容完全取消.不久,这种考试发展为“以四书五经命题、八股文取士”的制度,引导知识分子远离自然科学,严重束缚了读书人的思想.知识分子们为了功名,纷纷埋头于《四书五经》,只会在儒家经典中寻章摘句,奢谈三纲五常之类的封建伦理,哪里还顾得上数学及其他有实用价值的科学技术呢?正如元末丁巨所说:“时尚浮辞,动言大纲……士类以科举故,未暇笃实.”八股取士制的危害,在明代愈演愈烈,顾炎武曾痛斥说:“开科取士,则天下之人日愚一日.”元末以后的社会思潮也不利于数学发展,成为官方哲学的理学完全摒弃了自然科学.理学家们大谈天理、人伦,认为科学技术乃雕虫小技,为君子所不齿,甚至讥笑研究数学的人是“玩物丧志”.在这种社会环境中,数学由盛而衰就不奇怪了.。
中国数学家的小故事我国自古以来数学就领先于世界水平,过程中出现了许许多多的著名人物,yjbys小编为大家分享的中国数学家的小故事,欢迎大家阅读!朱世杰(公元1300年前后)字汉卿,号松庭,寓居燕山(今北京附近),“以数学名家周游湖海二十余年”,“踵门而学者云集”(莫若、祖颐:《四元玉鉴》后序)。
朱世杰数学代表作有《算学启蒙》(1299)和《四元玉鉴》(1303)。
《算术启蒙》是一部通俗数学名著,曾流传海外,影响了朝鲜、日本数学的发展。
《四元玉鉴》则是中国宋元数学高峰的又一个标志,其中最杰出的数学创造有“四元术”(多元高次方程列式与消元解法)、“垛积术”(高阶等差数列求和)与“招差术”(高次内插法)。
徐光启(公元1562-1633年)字子先,号玄扈,吴淞(今属上海)人。
他从万历末年起,经过天启、崇祯各朝,曾作到文渊阁大学士的官职(相当于宰相)。
他精通天文历法,是明末改历的主要主持人。
他对农学也颇有研究,曾根据前人所著各种农书,附以自己的见解,编写了著名的《农政全书》,全书有六十余卷,共六十多万字。
明朝末年,满族的统治阶级从东北关外屡次发动战争,徐光启曾屡次上书论军事,并在通州练新兵,主张采用西方火炮。
他是一位热爱祖国的科学家。
1他没有入京做官之前,曾在上海、广东、广西等地教书。
在此期间,他曾博览群书,在广东还接触到一些传教士,对他们传入的西方文化开始有所接触。
公元1600年,他在南京和利玛窦相识,以后两人又长期同住在北京,经常来往。
他和利玛窦两人共同译《几何原本》一书,1607年译完前六卷。
当时徐光启很想全部译完,利玛窦却不愿这样做。
直到晚清时代,《几何原本》后九卷的翻译工作才由李善兰(公元1811-1882年)完成。
《几何原本》是我国最早第一部自拉丁文译来的数学著作。
在翻译时绝无对照的词表可循,许多译名都从无到有,当时创造的。
毫无疑问,这是需要精细研究煞费苦心的。
这个译本中的许多译名都十分恰当,不但在我国一直沿用至今,并且还影响了日本、朝鲜各国。
中国古今26位著名数学家的故事1.赵爽,三国时期东吴的数学家。
曾注《周髀算经》,他所作的《周髀算经注》中有一篇《勾股圆方图注》全文五百余字,并附有数幅插图(已失传),这篇注文简练地总结了东汉时期勾股算术的重要成果,最早给出并证明了有关勾股弦三边及其和、差关系的二十多个命题,他的证明主要是依据几何图形面积的换算关系。
赵爽还在《勾股圆方图注》中推导出二次方程x2+ax=A(其中a>0,A>0)的求根公式。
在《日高图注》中利用几何图形面积关系,给出了'重差术'的证明。
(汉代天文学家测量太阳高、远的方法称为重差术)。
2.朱世杰(公元1300年前后),字汉卿,号松庭,寓居燕山(今北京附近),“以数学名家周游湖海二十余年”,“踵门而学者云集”(莫若、祖颐:《四元玉鉴》后序)。
朱世杰数学代表作有《算学启蒙》(1299)和《四元玉鉴》(1303)。
《算术启蒙》是一部通俗数学名著,曾流传海外,影响了朝鲜、日本数学的发展。
《四元玉鉴》则是中国宋元数学高峰的又一个标志,其中最杰出的数学创造有“四元术”(多元高次方程列式与消元解法)、“垛积术”(高阶等差数列求和)与“招差术”(高次内插法)。
3.祖暅,祖冲之之子,同其父祖冲之一起圆满解决了球面积的计算问题,得到正确的体积公式。
现行教材中著名的“祖暅原理”,在公元五世纪可谓祖暅对世界杰出的贡献。
4.祖冲之(429-500),中国南北朝时代南朝数学家、天文学家、物理学家。
祖冲之的祖父名叫祖昌,在宋朝做了一个管理朝廷建筑的长官。
祖冲之长在这样的家庭里,从小就读了不少书,人家都称赞他是个博学的青年。
他特别爱好研究数学,也喜欢研究天文历法,经常观测太阳和星球运行的情况,并且做了详细记录。
宋孝武帝听到他的名气,派他到一个专门研究学术的官署“华林学省”工作。
他对做官并没有兴趣,但是在那里,可以更加专心研究数学、天文了。
我国历代都有研究天文的官,并且根据研究天文的结果来制定历法。
数学家朱世杰在“宋元四大家”中,朱世杰出生得最晚,因而他非常幸运地获得了南北两地数学研究的精华.由于朱世杰一生从未进入仕途,因此我们对他的家世,成长经历等无从得知,现在我们所拥有的资料大多数都是从他的友人给他的两部著作《算学启蒙》和《四元玉鉴》所作的序言里得到的.朱世杰(1249年-1314年),字汉卿,号松庭,汉族,他的籍贯在北方,居住燕山(也就是今天的北京),但燕山非行政区划,而是山名,位于河北遵化西南的一个山脉.又说“寓燕”,这个“燕”字何意?也不明确.只能大体的说,朱世杰是今河北北部和北京一带的人.朱世杰是元代的著名的数学家以及教育家,他一生都在从事数学研究及数学教育工作,享有“中世纪最伟大的数学家”之誉。
朱世杰这个人的生平概况,我们从古籍中了解的不多,只是从书中知道他曾经以数学名家的身份游历全国各地,并且从事教育教学工作.在朱世杰年轻的时候,他就已经遍读了许多北方算学家的著作,如李冶的《测圆海镜》一书,就对他以后的数学研究影响很大.后来他还通过学习李德载的二元术和刘大鉴的三元术,并在这两本书的基础上,懂得了如何建立二元、三元以及多元高次方程组,并求出这些方程组的解集.在十三世纪七十年代时,朱世杰就已经是北方非常知名的算学家了. 在公元1279年,元灭南宋以后,朱世杰又来到南方游学.在这里,他不但结识了许多南方的知名数学家,而且还接触到了不少南方的算书,最重要的是秦九韶的《九章算术》和杨辉的著作,这两个人及他们的著作对朱世杰以后的数学研究工作和教育产生了深刻的影响.后来,朱世杰又定居到扬州,向朱世杰学习数学的人蜂拥而至.在大德三年,朱世杰的著作《算学启蒙》在扬州成稿并刊刻出版.《算学启蒙》全书分三卷,共有二十门,其中有259个问题,这本书的内容从浅到深,循序渐进,刚开始是一位数的乘法,其内容有乘法运算的歌诀,除法运算的歌诀、各类面积和体积计算问题的方法,分数运算的运算规律、分式运算的运算规律、垛积法、盈不足术,一直讲到天元术.大德七年,他的代表作《四元玉鉴》也成稿.《四元玉鉴》同样也是由3卷组成的,这三卷的内容包含二十四门,一共收集了288个问题,这288个问题都与方程,或者方程组的求解密切相关.其中有7个是关于四元方程组的问题,有13个是关于三元方程组的问题,还有36个是关于二元方程组的问题.许多求解多元高次方程组的方法都在这本书中得以体现,这些方法包括通过消去未知数来求解,以及用正负开方术来求多元高次方程组的解集.此外,朱世杰的工作还受到南方数学重口诀,重实用的风气影响,不仅如此,他还在书中收集了一些日用算法、商用算法和通俗歌诀,这些歌诀、算法让他的数学工作更加完善.说完他的生平,他还有这样的一个著名轶闻:13世纪末,历经战乱的祖国为元王朝所统一,遭到破坏的经济和文化又很快繁荣起来。
第六节朱世杰及元代数学一、元初数学成就1.王恂的数学工作王恂(1235—1281),元代数学家.字敬甫,唐县(今属河北)人.他“六岁就学,十三岁学九数,辄造其极”.后从刘秉忠学,官至太史令.至元十七年(1280)与天文学家郭守敬(1231—1316)等共同编成《授时历》,其中的数学工作主要是王恂作的.唐代张遂制订历法时,假定太阳作匀加速运动,所以使用二次内插法.但实际上,太阳运行的加速度是不断变化的.在《授时历》中,王恂把太阳、月亮及五星的视行度当作时间的三次函数,采用三次内插法来求函数值,收到更好效果.但确定天体位置需要使用赤道坐标和黄道坐标,王恂之前是直接通过天文观测来确定这两种坐标的.王恂首先注意到两种坐标的数学关系,提出如下问题:已知太阳的“黄道积度”,求“赤道积度”和“赤道内外度”.如图8.16,设A为春分点,D为夏至点,其中d为直径,BN⊥OC,CP⊥OE.只要测得黄道坐标,便可利用上述公式及其他有关知识推出相应的赤道坐标,从而使人们经过较少的实测,得到较多的结果.2.赵友钦的割圆术赵友钦,元代天文学家、数学家.字子公,号缘督先生,鄱阳(今江西鄱阳)人,生卒年不详.所著《革象新书》是一部天文数学著作.作圆内接正方形,然后不断倍增边数,依次求得各内接正多边形边长(图8.17).“置第十二次之小弦以第十二次之曲数一万六千三百八十四乘之,得三千一百四十一寸五分九厘二毫有奇,即是千寸径之周围也.”周率近似值中最准确的一个.赵友钦说:“自一、二次求之以至一十二次,可谓极其精密.若节节求之,虽至千万次,其数终不穷.”可见他不仅认识到圆内接正多边形的极限位置是圆,而且认识到极限是一个不可穷尽的过程,这种思想与现代极限观念相当接近.赵友钦还进一步揭示了方、圆关系,说:“要之方为数之始,圆为数之终.圆始于方,方终于圆.”这种“曲直互通”的思想是很深刻的,他已认识到方可转化为圆,而转化的条件便是取极限.二、朱世杰生平朱世杰,元代数学家.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,朱世杰曾以数学家的身份周游各地二十余年,向他求学的人很多,他到广陵(今扬州)时“踵门而学者云集”.朱世杰全面继承前人的数学成果,他吸收了高次方程的数值解法,又吸收了北方的天元术及南方的各种日用算法、数学口诀等,在此基础上进行了创造性研究,写成以总结和普及当时各方面数学知识为宗旨的《算学启蒙》(三卷)和四元术的代表作《四元玉鉴》(三卷),先后于1299年和1303年刊印.朱世杰是元代最杰出的数学家,清罗士琳(1774—1853)说他“兼包众有,充类尽量,神而明之尤超越乎秦(九韶)李(冶)之上.”《四元玉鉴》的成书则标志着宋元数学达到最高峰.美国科学史家萨顿(G.Sarton)称赞该书“是中国数学著作中最重要的一部,也是中世纪的杰出数学著作之一.”三、《算学启蒙》《算学启蒙》的内容由浅入深,次第谨严,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,内容包括多位数乘法、分数四则运算、面积和体积计算、比例问题、垛积术、盈不足术、线性方程组、高次方程解法等.尤其引人注目的是,卷首“总括”中给出一整套数学概念及运算法则,作为全书的理论基础.其中包括正负数乘法法则及倒数概念.朱世杰明确指出:“同名(号)相乘为正,异名相乘为负.”又指出:“平除长为小长,长除平为小平.……小长平相乘得一步为小积.”这便给出倒数的基本性质在《算学启蒙》中,朱世杰借助辅助未知数解线性方程组,这在数学史上还是首次.例如卷下“方程正负门”第五题,依术列方程组如下(改用现代符号):这种方法对于简化运算程序是很有意义的,系数越复杂,设辅助未知数的方法就越有用.另外,书中把天元术广泛用于各种面积和体积问题,导出许多高次方程,这说明天元术在李冶的基础上有了进一步的发展.朱世杰还致力于算法研究,给出一些新的公式,如“开方释锁门”给出根式运算法则其中n,a,b为自然数,n≥2.《算学启蒙》为《四元玉鉴》提供了必要的预备知识,正如罗士琳所说,该书“似浅实深”,与《四元玉鉴》“相为表里”.四、《四元玉鉴》《四元玉鉴》的主要成就是四元术,即四元高次方程组的建立和求解方法.在他之前,已有李德载《两仪群英集臻》讨论二元术,刘大鉴《乾坤括囊》讨论三元术.在此基础上,朱世杰“演数有年,探三才之赜,索九章之隐,按天、地、人、物立成四元”(《四元玉鉴》后序),创立了举世闻名的四元术.朱世杰的天、地、人、物,相当于现在的x,y,z,u,其摆法如图8 .18,例如方程2+3xy-2xz+x-y-z=0-x(卷下“三才变通”第1题)及2u 4-u3-u2+3u-8z2+2xz+2xy+6yz=0(卷下“四象朝元”第6题)分别摆成图8.19和图8.20的形状.《四元玉鉴》共24门288问,所有问题都与方程或方程组有关.题目顺序大体是先方程后方程组,先线性方程组后高次方程组.朱世杰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(E.Bezoub,1730—1783)提出一般的高次方程组解法,才超过朱世杰.但朱世杰的消法要点仅见于书首“假令四草”,其他各题均无草.书首还列有“今古开方会要之图”、“四元自乘演段之图”、“五和自乘演段之图”和“五较自乘演段之图”,这些图的作用也是统御全书.朱世杰说:“凡习四元者,以明理为务.必达乘除、升降、进退之理,乃尽性穷神之学也.”卷首各图便是为“明理”而作,他说:“夫算中玄妙,无过演段.如积幽微,莫越认图.其法奥妙,学者鲜能造其微.前明五和,次辨五较,自知优劣也.”《四元玉鉴》表明,朱世杰在方程领域取得重要成就.以前的方程都是有理方程,朱世杰则突破有理式的限制,开始讨论无理方程.他不化为有理方程(见“左右逢源”第21题,“拨换截田”第18题,“四象朝元”第1题).四元消法是朱世杰方程理论的核心.他通过方程组中不同方程的配合,依次消掉未知数,化四元式为一元式,即一元高次方程.三元式和四元式的消法称为“剔而消之”,即把全式剔分为二,进行相消.二元式的消法称为“互隐通分相消”.下面以二元三行式为例说明其消法.其中各系数是关于另一个未知数的多项式(可以是常数).欲消x2项,先以B2乘(1)式中x2项以外各项,再以A2乘(2)式中x2项以外各项,相减,得C1x+C0=0. (3)以x乘(3),得C1x2+C0x=0. (4)将(4)与(1)或(2)联立,用同样方法消去x2项,得D1x+D0=0. (5)(3)与(5)联立,便为二元二行式.朱世杰称C1,D0为外二行,C0,D1为内二行.内二行乘积与外二行乘积相减,得C1D0-C0D1=0.这便消去x,得到只含另一个未知数的一元方程了.《四元玉鉴》含二元问题36个,三元问题13个,四元问题7个.虽然用到四元术的题目不多,但它们却代表了全书,也代表了当时世界范围内方程组理论的最高水平.“四象朝元”第6题所导出的十四次方程是中国古算史上次数最高的方程.高阶等差级数理论是书中另一成就.沈括的隙积术开了研究高阶等差级数的先河,杨辉给出包括隙积术在内的一系列二阶等差级数求和公式.朱世杰在这一领域作了总结性工作.在中卷“茭草形段”和下卷“果垛叠藏”中,他依次研究了一阶至五阶等差级数求和问题,不仅给出相应的公式,而且发现其规律,掌握了如下的三角垛统一公式从而奠定了垛积术的理论基础.实际上,等差级数是几阶的,便可把上式中的p换为几.朱世杰给出了p=1,2,…,5的特例.他还发现垛积术与内插法的内在联系,在“如象招数”第5题中利用垛积术导出四次内插公式(四次差为一非零常数,五次差为零):其中Δ1,Δ2,Δ3,Δ4分别为一次差、二次差、三次差、四次差.由于朱世杰正确指出了公式中各项系数恰好是一系列三角垛的积,他显然能够解决更高次的内插问题,从而把中国古代的内插法推向一个新水平.在几何方面,朱世杰也有一定的贡献.自《九章算术》以来,中国就有了平面几何与立体几何,但一直到北宋,几何研究离不开勾股和面积、体积.李冶开始注意到圆城图式中各元素的关系,得到一些定理,但未能推广到更一般的情形.朱世杰在李冶思想的基础上,深入研究了勾股形内及圆内各几何元素的数量关系,发现了平面几何中的射影定理和特殊情形的弦幂定理.例如卷上“混积问元”第七题,如图8.21,朱世杰得到公式易证等号左面等于h2,所以此式与射影定理h2=ef等价.再如卷中“拨换截田”第十四题,如图8.22,AB⊥CD于E,朱世杰给出公式4CE×ED=AB2此式显然是弦幂定理CE×ED=AE×EB在两弦垂直且有一弦为直径时的特殊情形.五、宋元数学的外传及衰落《算学启蒙》出版后不久即传到朝鲜和日本.在朝鲜李朝时期(14—16世纪),《算学启蒙》及《杨辉算法》都被作为朝廷选拔算官的基本书籍.两书的朝鲜庆州府刻本(15世纪)一直保存至今.由于《算学启蒙》在明代失传,清罗士琳幸得朝鲜金始振翻刻本(1660),于1839年在扬州重新出版,成为中国现存各版本的母本.《算学启蒙》对日本的影响也很大,不少日本学者在研究此书的基础上写出专著,比较著名的有星野实宣《新编算学启蒙注解》三卷(1672)、建部贤弘《算学启蒙谚解大全》七卷(1690)等.宋元数学还曾传到阿拉伯.13世纪旭烈兀①西征时,带走了一批中国天文学家和数学家.他征服波斯后支持纳西尔丁(Na-sirad-Din,1201—1274)在马拉盖(Maraghen,今伊朗境内)建立了一座规模宏大的天文台,并把带去的中国学者留在天文台和纳西尔丁一起工作,这是中国数学传入阿拉伯国家的一个途径.阿拉伯数学家卡西(al-kāsh ī,?—1429)的《算术之钥》(The Key of Arithmetic,1427)中有不少内容与中国数学相同,如贾宪三角形、增乘开方法,以及和“百鸡问题”极为类似的“百禽问题”等.他受到中国数学影响是可以肯定的,当然不排除其独立取得成果的可能性.在元代,阿拉伯数码曾传入中国,但并未被中国人接受.欧几里得《几何原本》也传到上都(今内蒙古正蓝旗),可惜没有译成中文,所以影响不大,不久便散失了.朱世杰之后,元代数学便开始走下坡路.明代数学理论水平远不及宋元,天元术、四元术成为绝学.直到明末清初,由于西方数学的传入及中国学者的努力,数学才有所回升.那么,宋元数学衰落的原因是什么呢?首先,中国传统数学是依靠算筹的,虽然这是一种很有用的计算工具,但具有不可避免的局限性,因为它只适于计算而不适于证明,只能表示具体的量而不能表示抽象的量.这就限制了人们的抽象思维,限制了数学一般化程度的提高.宋元方程理论可以由天元术发展为四元术,但在筹算体系内却无法建立五元术或n元术,因为四个未知数已把“太”的上下左右占满.这个例子便说明了算筹的局限性.更重要的是,人们无法利用算筹进行逻辑推理,也很难在筹算体系内发展数学符号.但这些消极因素的总和,充其量是使数学停滞不前.而事实上,元末数学不仅没前进,反而后退.造成这种状况的原因就不在数学内部,而在于社会了.当时的政策是不利于科学发展的,尤其是八股取士制.1314年恢复科举考试后,内容以朱熹集注的《四书》为主,将数学内容完全取消.不久,这种考试发展为“以四书五经命题、八股文取士”的制度,引导知识分子远离自然科学,严重束缚了读书人的思想.知识分子们为了功名,纷纷埋头于《四书五经》,只会在儒家经典中寻章摘句,奢谈三纲五常之类的封建伦理,哪里还顾得上数学及其他有实用价值的科学技术呢?正如元末丁巨所说:“时尚浮辞,动言大纲……士类以科举故,未暇笃实.”八股取士制的危害,在明代愈演愈烈,顾炎武曾痛斥说:“开科取士,则天下之人日愚一日.”元末以后的社会思潮也不利于数学发展,成为官方哲学的理学完全摒弃了自然科学.理学家们大谈天理、人伦,认为科学技术乃雕虫小技,为君子所不齿,甚至讥笑研究数学的人是“玩物丧志”.在这种社会环境中,数学由盛而衰就不奇怪了.。
珠算历史小故事
当年,有一位叫朱世杰的中国数学家,在公元十三世纪时创造了一个叫做珠算的计算方法。
据说,朱世杰年幼时常常在父亲开的饭馆里帮忙,由于家境贫寒,他没有机会接受正规的教育,但他在观察中学到了很多东西。
有一天,朱世杰注意到厨房里的厨师使用麦粒进行计数。
他深入研究这种计数方法,将麦粒用来表达数字的概念。
他发现不同的麦粒排列组合可以表示不同的数字,从而逐渐发展出了一套完整的计算系统。
朱世杰将这种计算方法称为珠算,以珠子来代表数字的概念。
他设计了一个特殊的计算器,计算器上用珠子代表数值,通过珠子的排列和移动来进行计算。
这种计算方法简单易懂,操作灵活方便,成为当时中国的主流计算方法。
朱世杰对珠算的贡献不仅在于创造了一种计算方法,更重要的是他将数学普及到更多人中。
在他的推动下,珠算被广泛教授,并成为了中国古代教育中重要的一部分。
珠算在中国历史上持续流传了几个世纪,直到引入了阿拉伯数字后逐渐消失。
至今,朱世杰的珠算仍然被一些人学习和使用。
它不仅是一种计算方法,也是中国古代智慧的结晶,展示了中国古人的聪明才智和数学造诣。
“燕山朱松庭先生”,是我国元朝时代的一位杰出的数学家。
所写的《四元玉鉴》和《算学启蒙》,是我国古代数学发展进程中的一个重要的里程碑,是我国古代数学的一份宝贵的遗产。
的青少年时代,正相当于蒙古军灭金之后。
但在灭金之前,中都(即今之北京)便于1215年被成吉思汗攻占。
元世祖忽必烈继汗位之后,于1264年(至1266年)为便于统治中原地区的人民,迁都燕京(后改称大都,亦即今之北京)到了13世纪60年代燕京不只是全国的政治中心,而且也是当时全国重要的文化中心,特别是北方的一个文化中心。
忽必烈为了元朝的统治,曾网罗了一大批汉族的知识分子充作智囊团。
其中就著名的有王恂(1235—1281)、郭守敬(1231—1279)、李冶(1192—1279)等人,这个智囊团中的人物,对数学和历法都很精通,他们未入朝前曾隐于河北省南部武安紫金山中。
13世纪中叶,在现在的河北省的南部地区和山西省的南部地区,出现了一个以天元术为其代表的数学研究中心。
除上述武安的紫金山和李冶元氏封龙山外,山西临汾的蒋周,河北蠡县的李文一,河北获鹿的石信道等人都在研究天元术。
也继承了北方数学的主要成就——天元术,并将其由二元、三元推广至四元方程组的解法。
除了接受北方的数学成就之外,他也吸收了南方的数学成就,尤其是各种日用算法、商用算术和通俗化的歌诀等等。
在元灭南宋以前,南北之间的交往,特别是学术上的交往几乎是断绝的。
南方的数学家对北方的天元术毫无所知,而北方的数学家也很少受到南方的影响。
曾“周游四方”,莫若(古代数学家)序中有“燕山松庭朱先生以数学名家周游湖海二十余年矣。
四方之来学者日众,先生遂发明《九章》之妙,以淑后图学,为书三卷……名曰《四元玉鉴》”,祖颐后序中亦有“汉卿名世杰,松庭其自号也。
周流四方,复游广陵,踵门而学者云集”。
经过长期的游学、讲学等活动,终于在1299年和1303年,在扬州,刊刻了他的两部数学杰作——《算学启蒙》和《四元玉鉴》。
中国杰出数学家的故事数学家的故事可以让学生了解历史上中外杰出的数学家的生平和数学成就,感受前辈大师严谨治学、锲而不舍的探索精神。
今天小编在这给大家整理了数学家的故事大全,接下来随着小编一起来看看吧!数学家的故事(一)刘徽(约225年—约295年),汉族,山东滨州邹平市 [1] 人,魏晋期间伟大的数学家,中国古典数学理论的奠基人之一。
在中国数学史上作出了极大的贡献,他的杰作《九章算术注》和《海岛算经》,是中国最宝贵的数学遗产。
刘徽思想敏捷,方法灵活,既提倡推理又主张直观。
他是中国最早明确主张用逻辑推理的方式来论证数学命题的人。
刘徽的一生是为数学刻苦探求的一生。
他虽然地位低下,但人格高尚。
他不是沽名钓誉的庸人,而是学而不厌的伟人,他给我们中华民族留下了宝贵的财富。
《九章算术》约成书于东汉之初,共有246个问题的解法。
在许多方面:如解联立方程,分数四则运算,正负数运算,几何图形的体积面积计算等,都属于世界先进之列。
刘徽在曹魏景初四年注《九章算术注》。
但因解法比较原始,缺乏必要的证明,刘徽则对此均作了补充证明。
在这些证明中,显示了他在众多方面的创造性贡献。
他是世界上最早提出十进小数概念的人,并用十进小数来表示无理数的立方根。
在代数方面,他正确地提出了正负数的概念及其加减运算的法则,改进了线性方程组的解法。
在几何方面,提出了"割圆术",即将圆周用内接或外切正多边形穷竭的一种求圆面积和圆周长的方法。
他利用割圆术科学地求出了圆周率π=3.1416的结果。
他用割圆术,从直径为2尺的圆内接正六边形开始割圆,依次得正12边形、正24边形……,割得越细,正多边形面积和圆面积之差越小,用他的原话说是“割之弥细,所失弥少,割之又割,以至于不可割,则与圆周合体而无所失矣。
”他计算了3072边形面积并验证了这个值。
刘徽提出的计算圆周率的科学方法,奠定了此后千余年来中国圆周率计算在世界上的领先地位。
刘徽在数学上的贡献极多,在开方不尽的问题中提出“求徽数”的思想,这方法与后来求无理根的近似值的方法一致,它不仅是圆周率精确计算的必要条件,而且促进了十进小数的产生;在线性方程组解法中,他创造了比直除法更简便的互乘相消法,与现今解法基本一致;并在中国数学史上第一次提出了“不定方程问题”;他还建立了等差级数前n项和公式;提出并定义了许多数学概念:如幂(面积);方程(线性方程组);正负数等等.刘徽还提出了许多公认正确的判断作为证明的前提.他的大多数推理、证明都合乎逻辑,十分严谨,从而把《九章算术》及他自己提出的解法、公式建立在必然性的基础之上。
朱世杰人物生平:朱世杰(年-年),字汉卿,号松庭,汉族,燕山(今北京)人氏,元代数学家、教育家,毕生从事数学教育。
有“中世纪世界最伟大的数学家”之誉。
朱世杰在当时天元术的基础上发展出“四元术”,也就是列出四元高次多项式方程,以及消元求解的方法。
此外他还创造出“垛积法”,即高阶等差数列的求和方法,与“招差术”,即高次内插法。
主要著作是《算学启蒙》与《四元玉鉴》。
朱世杰“以数学名家周游湖海二十余年”,“踵门而学者云集”(莫若、祖颐:《四元玉鉴》后序)。
朱世杰数学代表作有《算学启蒙》()和《四元玉鉴》()。
《算术启蒙》是一部通俗数学名著,曾流传海外,影响了朝鲜、日本数学的发展。
《四元玉鉴》则是中国宋元数学高峰的又一个标志,其中最杰出的数学创造有“四元术”(多元高次方程列式与消元解法)、“垛积术”(高阶等差数列求和)与“招差术”(高次内插法)。
研究成果:朱世杰长期从事数学研究和教育事业,以数学名家周游各地多年,四方登门来学习的人很多。
朱世杰数学代表作有《算学启蒙》()和《四元玉鉴》()。
《算学启蒙》是一部通俗数学名著,曾流传海外,影响了朝鲜、日本数学的发展。
《四元玉鉴》则是中国宋元数学高峰的又一个标志,其中最杰出的数学创作有“四元术”(多元高次方程列式与消元解法)、“垛积法”(高阶等差数列求和)与“招差术”(高次内插法)。
朱世杰在数学科学上,全面地继承了秦九韶、李冶、杨辉的数学成就,并给予创造性的发展,写出了《算学启蒙》、《四元玉鉴》等著名作品,把我国古代数学推向更高的境界,形成宋元时期中国数学的最高峰。
《算学启蒙》是朱世杰在元成宗大德三年()刊印的,全书共三卷,门,总计个问题和相应的解答。
这部书从乘除运算起,一直讲到当时数学发展的最高成就“天元术”,全面介绍了当时数学所包含的各方面内容。
它的体系完整,内容深入浅出,通俗易懂,是一部很著名的启蒙读物。
这部著作后来流传到朝鲜、日本等国,出版过翻刻本和注释本,产生过一定的影响。
中国古今26位著名数学家的故事1.赵爽,三国时期东吴的数学家。
曾注《周髀算经》,《周髀算经注》中有一篇《勾股圆方图注》全文五百余字,并附有数幅插图(已失传),这篇注文简练地总结了东汉时期勾股算术的重要成果,最早给出并证明了有关勾股弦三边及其和、差关系的二十多个命题,他的证明主要是依据几何图形面积的换算关系。
2.朱世杰(公元1300年前后)朱世杰数学代表作有《算学启蒙》(1299)和《四元玉鉴》(1303)。
3.祖暅,祖冲之之子,同其父祖冲之一起圆满解决了球面积的计算问题,得到正确的体积公式。
现行教材中著名的“祖暅原理”,在公元五世纪可谓祖暅对世界杰出的贡献。
4.祖冲之(429-500),中国南北朝时代南朝数学家、天文学家、物理学家。
他的最杰出贡献是求得相当精确的圆周率。
经过长期的艰苦研究,他计算出圆周率在3.1415926和3.1415927之间,成为世界上最早把圆周率数值推算到七位数字以上的科学家。
5.杨辉,字谦光,钱塘(今杭州)人,中国古代数学家和数学教育家,生平履历不详。
(一)主要著述《详解九章算法》,《日用算法》,《乘除通变本末》,《田亩比类乘除捷法》,《续古摘奇算法》,其中后三种为杨辉后期所著,一般称之为《杨辉算法》。
6.熊庆来(1893—1969),字迪之,云南弥勒人,他是中国近代数学研究和教育的奠基人。
7.许宝騄(19l0.9.10一1970.12.18)是中国数学家,生卒于北京.许宝騄是中国概率统计领域内享有国际声誉的第一位数学家。
他的主要工作是在数理统计和概率论两个方面。
8.徐光启(公元1562—1633年)字子先,编写了著名的《农政全书》。
《几何原本》是我国最早第一部自拉丁文译来的数学著作还有《数理精蕴》。
9.吴学谋是中国数学家,生于广西柳州。
10.汪莱(1768一1813),是中国古代数学家,《参两算经》的最早的数学作品。
1796一1798年,汪莱先后与自己的同乡好友巴树谷、江玉讨论数学,完成《弧三角形》和《勾股形》两部书稿。
《古代数学家的故事内容》小朋友们,今天老师给你们讲古代数学家的故事哟!有一位叫刘徽的数学家,他可聪明啦!刘徽特别喜欢研究数学问题。
有一次,他为了弄明白圆形的面积怎么算,天天想啊想。
他把圆切成好多好多小块,然后重新拼起来,就像在拼拼图一样。
最后他终于想出了计算圆形面积的好办法。
还有祖冲之,他也很厉害呢!大家都知道圆周率吧,祖冲之经过不停地计算和研究,算出了圆周率在 3.1415926 和 3.1415927 之间。
这可不容易,要算好多好多的数字。
还有秦九韶,他想出了一种特别巧妙的计算方法。
就好像他有一把神奇的钥匙,能打开数学难题的大门。
小朋友们,古代的数学家是不是很了不起呀?《古代数学家的故事内容》小朋友们,咱们来听听古代数学家的故事!先说赵爽吧,他对勾股定理可有研究啦!为了让大家都能明白,他画了好多图,就像给大家画好看的画一样。
杨辉也很有趣哦!他发现了好多数学排列的规律,就像找到了藏在数字里的小秘密。
有一次,我在书上看到了他们的故事,觉得他们好聪明,我也想变得像他们一样厉害。
他们不怕困难,一直努力研究数学,给我们留下了好多宝贵的知识。
小朋友们,我们要向他们学习哟!《古代数学家的故事内容》小朋友们,老师来讲古代数学家的故事啦!有个叫朱世杰的数学家,他的数学本领可大啦!他写了一本很厉害的数学书,里面有好多巧妙的算法。
比如说李冶,他在很艰苦的环境下还坚持研究数学。
没有好的纸和笔,他也不放弃。
还有贾宪,他发明的一种方法,让计算变得简单多啦。
就好像他们在数学的世界里探险,克服了一个又一个的难题。
小朋友们,古代数学家是不是很让人佩服呀?。
元代数学家朱世杰朱世杰(1249年-1314年),字汉卿,号松庭,汉族,燕山(今北京)人氏,元代数学家、教育家,毕生从事数学教育。
有“中世纪世界最伟大的数学家”之誉。
朱世杰在当时天元术的基础上发展出“四元术”,也就是列出四元高次多项式方程,以及消元求解的方法。
此外他还创造出“垛积法”,即高阶等差数列的求和方法,与“招差术”,即高次内插法。
主要著作是《算学启蒙》与《四元玉鉴》。
朱世杰“以数学名家周游湖海二十余年”,“踵门而学者云集”(莫若、祖颐:《四元玉鉴》后序)。
朱世杰数学代表作有《算学启蒙》(1299)和《四元玉鉴》(1303)。
朱世杰著作《算术启蒙》是一部通俗数学名著,曾流传海外,影响了朝鲜、日本数学的发展。
《四元玉鉴》则是中国宋元数学高峰的又一个标志,其中最杰出的数学创造有“四元术”(多元高次方程列式与消元解法)、“垛积术”(高阶等差数列求和)与“招差术”(高次内插法)。
宋元时期,中国数学鼎盛时期中杰出的数学家有“秦﹝九韶﹞、李﹝冶﹞、杨﹝辉﹞、朱﹝世杰﹞四大家”,朱世杰就是其中之一。
朱世杰是一位平民数学家和数学教育家。
朱世杰平生勤力研习《九章算术》,旁通其它各种算法,成为元代著名数学家。
生平经历元统一中国后,朱世杰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.《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.朱世杰学术研究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.首先是方程理论.在列方程方面,蒋周的演段法为天元术作了准备工作,他已具有寻找等值多项式的思想,洞渊马与信道是天元术的先驱,但他们推导方程仍受几何思维的束缚,李冶基本上摆脱了这种束缚,总结出一套固定的天元术程序,使天元术进入成熟阶段.在解方程方面,贾宪给出增乘开方法,刘益则用正负开方术求出四次方程正根,秦九韶在此基础上解决了高次方程的数值解法问题.至此,一元高次方程的建立和求解都已实现.而线性方程组古已有之,所以具备了多元高次方程组产生的条件.李德载的二元术和刘大鉴的三元术相继出现,朱世杰的四元术正是对二元术、三元术的总结与提高.由于四元已把常数项的上下左右占满,方程理论发展到这里,显然就告一段落了.从方程种类看,天元术产生之前的方程都是整式方程。
秦九韶、李冶、杨辉、朱世杰--宋元数学四大家13世纪中叶到14世纪初叶,陆续出现的秦、李、杨、朱四大数学家,是宋元数学的杰出代表,他们的数学著作大都流传至今。
关于四大家的生平事迹,简要介绍如下:秦九韶(1202?1261年)字道古,生于四川,他对天文、数学、音律、营造等项无不精究,性机巧且治学十分严谨。
他的数学名著《数书九章》,是在对数学的不断研究和积累之后,于1247年写成的。
全书共18卷,分大衍、天时、田域、测望、赋役、钱谷、营建、军旅、市易等9大类,每类用9个例题来阐明各种算法。
书中突出的成就是高次方程的数值解法??“大衍求一术”(一次联立同余式解法)。
李冶(1192?1279年)原名李治,号敬斋,河北真定人,是我国北方金元之际的有名学者。
元世祖忽必烈多次召见他,他都辞官不受,长期过着隐居讲学的生活。
他的数学著作有《测圆海镜》(1248年写成)和《益古演段》(1259年写成)。
《测圆海镜》共12卷,收有170个问题,都是已知直角三角形中各线段进而求内切圆和傍切圆的直径等问题。
杨辉(约13世纪中叶时人),字谦光,杭州人,著有《详解九章算法》12卷(1261年写成,现存残缺)、《日用算法》2卷(1262年写成,现存残缺)和《杨辉算法》7卷(1274?1275年写成)。
在他的著作中,收录了不少现已失传的各种数学著作中的算题和算法,如早期的“增乘开方法”和,“开方作法本源”,都是通过杨辉的著作才得以流传下来的。
朱世杰(约13世纪末14世纪初时人),字汉卿,号松庭,河北人。
他的数学著作《算学启蒙》(3卷,20门,259问,写成于1299年)是一部较好的启蒙算书,内容从乘除法运算直到开方、天元术,体系完整,深入浅出。
另一部著作《四元玉鉴》(3卷,24门,288问,写成于1303年),主要是讲述多元高次方程组解法和高阶等差级数等方面的问题。
郭守敬与天文成就郭守敬(1231?1316年),字若思,河北邢台人,是个博学多才的科学家,在天文和水利两方面尤为精通。
朱世杰的数学著作
朱世杰的数学著作主要有《算学启蒙》与《四元玉鉴》。
朱世杰(1249年-1314年),字汉卿,号松庭,汉族,燕山(今北京)人氏,元代数学家、教育家,毕生从事数学教育。
有“中世纪世界最伟大的数学家”之誉。
朱世杰在当时天元术的基础上发展出“四元术”,也就是列出四元高次多项式方程,以及消元求解的方法。
此外他还创造出“垛积法”,即高阶等差数列的求和方法,与“招差术”,即高次内插法。
宋元时期,中国数学鼎盛时期中杰出的数学家有“秦九韶、李冶、杨辉、朱世杰四大家”,朱世杰就是其中之一。
朱世杰是一位平民数学家和数学教育家。
朱世杰平生勤力研习《九章算术》,旁通其它各种算法,成为元代著名数学家。
朱世杰在数学科学上,全面地继承了秦九韶、李冶、杨辉的数学成就,并给予创造性的发展,写出了《算学启蒙》、《四元玉鉴》等著名作品,把我国古代数学推向更高的境界,形成宋元时期中国数学的最高峰。
《算学启蒙》是朱世杰在元成宗大德三年(1299)刊印的,全书共三卷,20门,总计259个问题和相应的解答。
这部书从乘除运算起,一直讲到当时数学发展的最高成就“天元术”,全面介绍了当时数学所包含的各方面内容。
元代数学家朱世杰朱世杰(1249年-1314年),字汉卿,号松庭,汉族,燕山(今北京)人氏,元代数学家、教育家,毕生从事数学教育。
有“中世纪世界最伟大的数学家”之誉。
朱世杰在当时天元术的基础上发展出“四元术”,也就是列出四元高次多项式方程,以及消元求解的方法。
此外他还创造出“垛积法”,即高阶等差数列的求和方法,与“招差术”,即高次内插法。
主要著作是《算学启蒙》与《四元玉鉴》。
朱世杰“以数学名家周游湖海二十余年”,“踵门而学者云集”(莫若、祖颐:《四元玉鉴》后序)。
朱世杰数学代表作有《算学启蒙》(1299)和《四元玉鉴》(1303)。
朱世杰著作《算术启蒙》是一部通俗数学名著,曾流传海外,影响了朝鲜、日本数学的发展。
《四元玉鉴》则是中国宋元数学高峰的又一个标志,其中最杰出的数学创造有“四元术”(多元高次方程列式与消元解法)、“垛积术”(高阶等差数列求和)与“招差术”(高次内插法)。
宋元时期,中国数学鼎盛时期中杰出的数学家有“秦﹝九韶﹞、李﹝冶﹞、杨﹝辉﹞、朱﹝世杰﹞四大家”,朱世杰就是其中之一。
朱世杰是一位平民数学家和数学教育家。
朱世杰平生勤力研习《九章算术》,旁通其它各种算法,成为元代著名数学家。
生平经历元统一中国后,朱世杰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.《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.朱世杰学术研究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.首先是方程理论.在列方程方面,蒋周的演段法为天元术作了准备工作,他已具有寻找等值多项式的思想,洞渊马与信道是天元术的先驱,但他们推导方程仍受几何思维的束缚,李冶基本上摆脱了这种束缚,总结出一套固定的天元术程序,使天元术进入成熟阶段.在解方程方面,贾宪给出增乘开方法,刘益则用正负开方术求出四次方程正根,秦九韶在此基础上解决了高次方程的数值解法问题.至此,一元高次方程的建立和求解都已实现.而线性方程组古已有之,所以具备了多元高次方程组产生的条件.李德载的二元术和刘大鉴的三元术相继出现,朱世杰的四元术正是对二元术、三元术的总结与提高.由于四元已把常数项的上下左右占满,方程理论发展到这里,显然就告一段落了.从方程种类看,天元术产生之前的方程都是整式方程。
从洞渊到李冶,分式方程逐渐得到发展.而朱世杰,则突破了有理式的限制,开始处理无理方程.其次是高阶等差级数的研究.沈括的隙积术开研究高阶等差级数之先河,杨辉给出包括隙积术在内的一系列二阶等差级数求和公式.朱世杰则在此基础上依次研究了二阶、三阶、四阶乃至五阶等差级数的求和问题,从而发现其规律,掌握了三角垛统一公式.他还发现了垛积术与内插法的内在联系,利用垛积公式给出规范的四次内插公式.第三是几何学的研究.宋代以前,几何研究离不开勾股和面积、体积.蒋周的《益古集》也是以面积问题为研究对象的.李冶开始注意到圆城因式中各元素的关系,得到一些定理,但未能推广到更一般的情形.朱世杰不仅总结了前人的勾股及求积理论,而且在李冶思想的基础上更进一步,深入研究了勾股形内及圆内各几何元素的数量关系,发现了两个重要定理--射影定理和弦幂定理.他在立体几何中也开始注意到图形内各元素的关系.朱世杰的工作,使得几何研究的对象由图形整体深入到图形内部,体现了数学思想的进步。
著名轶闻13世纪末,历经战乱的祖国为元王朝所统一,遭到破坏的经济和文化又很快繁荣起来。
蒙古统治者为了兴邦安国,便尊重知识,选拔人才,把各门科学推向新的高峰。
有一天,风景秀丽的扬州瘦西湖畔,来了一位教书先生,在寓所门前挂起一块招牌,上面用大字写着:“燕山朱松庭先生,专门教授四元术”。
不几天,朱世杰门前门庭若市,求知者络绎不绝,就在朱世杰在接待学生报名之时,突然一声声叫骂声引起他的注意。
只见一穿绸戴银半老徐娘,追着一年轻的姑娘,边打边骂:“你这贱女人,大把的银子你不抓,难道想做大家闺秀,只怕你投错了胎,下辈子也别想了。
”那姑娘被打得皮开肉绽,连内身衣服都被撕坏了。
姑娘蜷成一团,任凭她打,也不跟她回去。
朱世杰路见不平,便上前询问,那半老徐娘见冒出一个爱管闲事之人,就嘲笑道:“你难道想抱打不平,你送上50两银子,这姑娘就归你了!”朱世杰见此情景,大怒道:“难道我掏不出50两银子。
光天化日之下,竟胡作非为,难道没有王法不成?”那半老徐娘讽刺道:“你这穷鬼,还谈什么王法,银子就是王法,你若能掏出50两银子,我便不打了。
”朱世杰愤怒已极,从口袋里抓出50两银子,摔在半老徐娘面前,拉起姑娘就回到自己的教书之地。
原来,那半老徐娘是妓女院的鸨母,而这姑娘的父亲因借鸨母的10两银子,由于天灾,还不起银子,只好卖女儿抵债。
今天碰巧遇上朱世杰,才把姑娘救出苦海。
后来,在朱世杰的精心教导下,这姑娘也颇懂些数学知识,成了朱世杰的得力助手,不几年,两人便结成夫妻。
所以,扬州民间至今还流传着这样一句话:元朝朱汉卿,教书又育人。
救人出苦海,婚姻大事成。
扬州轶事据此我们知道,朱世杰出生在北京地区,十三世纪后期,他作为数学名家周流大江南北20余年,朱世杰最后寓居扬州,从事数学的研究和讲学,他吸引了众多学者聚集在扬州从事学术交流。
扬州处于南北交汇之地,各种学术思想在这里融会贯通;当时,扬州的印刷业又十分发达,是全国的书籍出版中心,体现朱世杰数学成就的两部著作《算学启蒙》和《四元玉鉴》,就是于元大德三年(1299年)和元大德七年(1303年)在扬州刻印出版的。
《算学启蒙》全书共3卷,分为20门,收入了259个数学问题。
全书之首,朱世杰给出了18条常用的数学歌诀和各种常用的数学常数,其中包括:乘法九九歌诀、除法九归歌诀(与后来的珠算归除口诀完全相同)、斤两化零歌诀,以及筹算记数法则、大小数进位法、度量衡换算、圆周率、正负数加、减、乘法法则、开方法则等。
正文则包括了乘除法运算及其捷算法、增乘开方法、天元术、线性方程组解法、高阶等差级数求和等,全书由浅入深,几乎包括了当时数学学科各方面的内容,形成了一个较完整的体系,可以说是一部很好的数学教科书。
清代扬州学者罗士琳说,《算学启蒙》“似浅实深”,这样的评论是十分中肯的。
《四元玉鉴》是朱世杰阐述多年研究成果的一部力著。
全书共分3卷,24门,288问,书中所有问题都与求解方程或求解方程组有关,其中四元的问题(需设立四个未知数者)有7问,三元者13问,二元者36问,一元者232问。
卷首列出了贾宪三角等四种五幅图,给出了天元术、二元术、三元术、四元术的解法范例;后三者分别是二元、三元、四元高次方程组的列法及解法。
创造四元消法,解决多元高次方程组问题是该书的最大贡献,书中另一个重大成就是系统解决高阶等差级数求和问题和高次招差法问题。
在朱世杰之前,中国古代数学已有了解方程的方法———“天元术”,“天元术”解方程是设“天元为某某”,某某就是(x)。
朱世杰不仅继承沿用了天元术,方程组解法由二元、三元推广至四元。
未知数不止一个时,除设未知数天元(x)外,还设地元(y)、人元(z)及物元(u),再列出二元、三元甚至四元的高次联立方程组,然后求解。
在欧洲,解联立一次方程始于16世纪,关于多元高次联立方程的研究则是18、19世纪的事了,朱世杰的“天元术”比欧洲早了400多年。
朱世杰对“垛积术”的研究,实际上得到了高阶等差级数求和问题的普遍的解法。
自宋代起我国就有了关于高阶等差级数求和问题的研究,沈括(1031-1095年)和杨辉(1261-1275年)的著作中,都有垛积问题,这些垛积问题有一些就涉及高阶等差级数,朱世杰在《四元玉鉴》中又把这一问题的研究进一步深化,得到了一串三角垛的公式。
《四元玉鉴》是一部成就辉煌的数学名著,是宋元数学集大成者,也是我国古代水平最高的一部数学著作。
现代数学史研究者对《四元玉鉴》给予了高度评价。
著名科学史专家乔治•萨顿说,《四元玉鉴》“是中国数学著作中最重要的一部,同时也是中世纪最杰出的数学著作之一”。
编著《中国科学技术史》的李约瑟这样评价朱世杰和《四元玉鉴》:“他以前的数学家都未能达到这部精深的著作中所包含的奥妙的道理”。
遗憾的是,朱世杰之后,元代再无高深的数学著作出现,汉唐宋元的数学著作很少有新的刻本,很多甚至失传了。
乾隆三十七年(1772年)开《四库全书》馆时,挖掘了不少古代数学典籍,朱世杰的著作却未被发现,因此,起初没有编入;1799年阮元、李锐等人编纂数学家传记《畴人传》时,也未介绍《四元玉鉴》。
之后不久,阮元在浙江访得此书,旋即将其编入《四库全书》,并把抄本交给李锐校算(未校完),后由何元锡按此抄本刻印,这是《四元玉鉴》1303年初版以来的第一个重刻本。
1839年扬州学者罗士琳经多年研究之后,出版了他所编著的《四元玉鉴细草》,罗氏对《四元玉鉴》书中每一问题都作了细草。
就在罗士琳翻刻《四元玉鉴》时,《算学启蒙》也还无着落。
后来罗士琳“闻朝鲜以是书为算科取士”,于是请人在北京找到了顺治十七年(1660年)朝鲜全州府尹金始振所刻的翻刻本,这样,《算学启蒙》又在扬州重新刊印出版,这就是该书现存各种版本的母本。
元代朱世杰这两部杰出的数学著作都是在扬州完成、刻印的,失传了几百年后,它们又被扬州学者发现、校算、注释,并在扬州重新刻印出版,仅此可见,扬州在我国数学发展史上有着十分重要的地位。