古印度人和阿拉伯人在數(shù)字、零和代數(shù)方面的成就

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中數(shù)學(xué) 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

印度在亞洲的南部。春天到來的時候,北邊喜馬拉雅山上的積雪開始融化,聚集成五條急流,匯總流入印度河。很早以前,在富饒的印度河谷地就出現(xiàn)了上古的居民達(dá)羅毗托人,世界最古老的文化之一就發(fā)源在這里。

 

在一些方面,達(dá)羅毗托人的文化比埃及和蘇馬連文化高。他們有自己的獨特的文字,有十進(jìn)制的算法。大約公元前兩千年的時候,印度人就已經(jīng)使用51個字母組成的文字,數(shù)學(xué)在印度曾被認(rèn)為最重要的科學(xué)之一。和許多古老的民族一樣,它的頭一批數(shù)學(xué)家也是僧侶。

 

直到兩千年前,印度人還使用由橫劃組成的數(shù)字。后來,他們開始用干棕櫚葉做寫字的材料,并且發(fā)展了草體書法,于是由一到九的各不相同的數(shù)字符號就這樣日趨成形了。古印度人也用美索不達(dá)米亞商人的算盤來進(jìn)行計算,每個數(shù)字符號都能很方便地表示算盤上任何一行的石子數(shù)。

 

印度人新的數(shù)字符號要是到此為止不再發(fā)展,那意思就不大了。事實上,ZZ只能表示在任意兩行溝里的兩個石子,它可以是22,也可以是202、2020等等。這就是說,人們不僅要知道溝里有幾個石子,還要知道它們各在那一行里。

 

不知什么時候什么人,在前人智慧和成就的基礎(chǔ)上,總結(jié)出了這樣一個辦法:用最右面的數(shù)字表示個位行里的石子數(shù),左面相鄰的數(shù)字表示十位行里的石子數(shù)。其它則以此類推,用點表示空行。這樣,ZZ就只表示22,Z.Z.就只表示2020,而沒有其它的意思了。表示空位的“.”,后來改用“0”代替。

 

有了這個記數(shù)法,人們就可以用同一個符號記錄算盤上任何一行上的同一個數(shù)字,簡單清楚,書寫方便。印度記數(shù)法的最大優(yōu)點是能用數(shù)字來進(jìn)行計算,這是一個了不起的進(jìn)步!

 

我們知道,古老的書寫系統(tǒng),包括埃及的、巴比倫的、希臘的、羅馬的都是用不同的符號來表示算盤上不同行里的相同的石子數(shù),不像我們今天可以用同一個“1”,在不同的數(shù)位上表示一、十和一百。因此每一位行都得用不同的加法表相乘法表,用它們做筆算或心算是很麻煩的。如果只有九個不同的符號,其中每一個都可以表示任何一行的石子數(shù),零表示空行,那每一行上的計算就都是一樣的了。這樣,人們只要掌握一個表就行了,好懂、好背、好用。

 

我國古代計算是用算籌。算籌為了避免相鄰兩位數(shù)碼混淆,采用了縱橫相間的辦法,而是每一行的加法表和乘法表,一直都是一樣的。

 

印度人創(chuàng)造的這套數(shù)碼1、2、3、4、5、6、7、8、9、0,是對數(shù)學(xué)知識的非常寶貴的貢獻(xiàn)!它很快就引起了計算藝術(shù)的革命。

 

印度數(shù)學(xué)家還研究了分?jǐn)?shù),并且能象我們今天這樣書寫它們。到公元五百年,伏拉罕密希拉能通過計算,預(yù)告行星的位置;阿耶波多論述了確定平方根的法則,給出了圓周率的近似值為3.1416。

 

公元七世紀(jì)初期,伊斯蘭教的創(chuàng)始人穆罕默德統(tǒng)一了整個阿拉伯地區(qū)。他死后的三百多年間,他的門徒帶著這種新教,往西經(jīng)過整個北非,進(jìn)入西班牙和葡萄牙;往東越過印度河進(jìn)入了亞洲的廣大地區(qū)。

 

大約在762年,穆斯林們建立了帝國首都巴格達(dá)城。四十年后,它成為世界著名的學(xué)術(shù)中心,就象希臘和羅馬時期的亞歷山大城一樣。

 

在公元八百年到九百年這一個世紀(jì)里,東西方的知識在巴格達(dá)得到了交流。東方來的商人和數(shù)學(xué)家?guī)砹诵碌臄?shù)字符號,印度算術(shù)和中國的算學(xué)成就;從西方選出來的異教徒帶來了亞歷山大強(qiáng)盛時期的科學(xué)著作,其中包括天文學(xué)和地理學(xué)的論文,還有歐幾里得幾何學(xué)。穆斯林學(xué)者把這些著作譯成了阿拉伯文。

 

穆斯林的天文學(xué)家發(fā)展的制圖學(xué),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了亞歷山大時期的水平。在巴格達(dá)的學(xué)校里,三角學(xué)盛行起來。由于掌握了印度的新算術(shù),穆斯林?jǐn)?shù)學(xué)家能更為完滿地研究和應(yīng)用歐幾里得和阿基米得的幾何學(xué)成就。航海家裝備和改進(jìn)了航海設(shè)備;地理學(xué)家也有了新的更好的大地測量工具。穆斯林世界的科學(xué)技術(shù),取得了很高的成就。

 

公元一千年,古羅馬帝國的大部分地區(qū)被置于穆斯林的統(tǒng)治之下。在西班牙的穆斯林大學(xué)里,學(xué)生們可以學(xué)習(xí)希臘幾何學(xué)、印度算術(shù)、天文學(xué)、三角學(xué)和地理學(xué),而這些科學(xué),巴格達(dá)學(xué)者都作了很大的改進(jìn)。

 

從十二世紀(jì)開始,穆斯林世界的科學(xué)知識逐漸傳到歐洲各地。到了公元一千四百年,意大利、法國、德國和英國的商人們開始使用新數(shù)字,教授新算術(shù)的學(xué)校開始在整個歐洲興起。半個世紀(jì)后,漸漸有了印刷術(shù)。算術(shù)教科書和航海歷是主要的印刷品。

 

新數(shù)字從一個地方傳到另一個地方,常常一方面變形走樣,一方面又保持著九個符號和一個零的樣式。但是,如此先進(jìn)的數(shù)字也并不是一開始就能在所有地方被接受的。十三世紀(jì)時,一項法令禁止佛羅論薩的銀行業(yè)者使用新數(shù)字。一百年后,意大利的派丟厄大學(xué)還堅持書籍的價格表必須用羅馬數(shù)字。直到十五世紀(jì)末,印度數(shù)字才在西歐的航海和商業(yè)中普遍使用。幾個世紀(jì)后,雖然還有人堅持用算盤和計算板上的計算方法,但是越來越多的人熱衷于學(xué)習(xí)新算術(shù)了。

 

在早期印刷出版的教科書中,不少列表和解決加減乘除問題的簡便方法,現(xiàn)在雖然已經(jīng)成為博物館里的東西了,但是這些教科書把新的簡寫符號,比如“十、—”等引進(jìn)算術(shù)中卻是十分重要的,盡管這些符號最早很可能是表示包裹超重和缺重用的,不是數(shù)學(xué)上的有意的發(fā)明。由于這些符號顯示了作用,隨后,另一些符號“×、÷、∴、=”,也逐漸被引了進(jìn)來。

 

對于我們現(xiàn)在用代數(shù)求解的某些問題,印度和穆斯林的數(shù)學(xué)家也早就發(fā)現(xiàn)了解它們的妙法,“代數(shù)”一詞就是阿拉伯語。但是穆斯林?jǐn)?shù)學(xué)家那時講授的代數(shù)和我們現(xiàn)在學(xué)的代數(shù)是不一樣的。他們的代數(shù)式都是文字寫的,唯一的簡寫的符號是表示平方根的符號。

 

代數(shù)學(xué)大約到十七世紀(jì)初才逐漸形成。下面我們來作一個簡單的題目,看看代數(shù)學(xué)是怎樣變化發(fā)展的:題目:一個數(shù),乘以2,除以3,等于40,問這個數(shù)是多少? 印度和穆斯林的數(shù)學(xué)家是這樣解的:因為這個數(shù)的三分之二是四十,它的三分之一就是四十的一半,即二十;又因為這個數(shù)是二十的三倍,得這個數(shù)是六十。引進(jìn)一些數(shù)學(xué)符號以后,早期的算法是這樣來求解的:(2×某數(shù))/3=40,某數(shù)/3=1/2×40=20,某數(shù)=3×20=60。

 

我們現(xiàn)在的代數(shù),以字母n代替了“某數(shù)”,并且省去了乘號“×”。解法如下: 2n/3=40,n/3=20,n=60。

 

公元一千二百年的穆斯林教師肯定能給出解這類問題的法則,但是語句勢必冗長繁瑣:如果你已經(jīng)知道一個數(shù),乘以第二個數(shù),再除以第三個數(shù),結(jié)果為已知的話,那么你就可以把這個結(jié)果乘以第三個數(shù),再被第二個數(shù)來除,把原數(shù)求出來。

 

  現(xiàn)在,我們可以用n表示任意數(shù),s表示第二數(shù),t表示第三數(shù),a表示得數(shù),如果sn/t=a,那n=ta/s。寫成這樣的形式,法則就一目了然,清楚好記了。


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