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古印度有什么数学成就?

古印度有什么数学成就?

作者: 一念一觉一圣人 | 来源:发表于2019-04-10 19:12 被阅读14次

    作为四大文明古国的印度,早期拥有数学素养的人几乎都是僧人,或者种姓地位较高的人;而希腊则是人人可学习数学;中国是读书人取得功名后,按照自己的兴趣去学习探索。印度数学家多以天文学为职业,数学成果多半是经验的,很少给出推导和证明。似乎除去希腊人,在历史上的世界范围内都没有将数学独立出来,“为数学而数学”,研究数学本身。

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    缘起于宗教

    《绳法经》是印度最早的数学文献,其中的数学问题涉及祭坛设计中的几何图案和代数计算,毕达哥拉斯定理的应用,相似图形的性质,以及拉绳测量和基本几何体的面积计算等。比如书中提到的祭坛形状和尺寸的设计法则:不论祭坛是正方形、圆形、还是半圆形,面积必须相等。一直到印度教兴起,数学才逐渐摆脱了宗教的影响,成为天文学的有力工具。在这期间,印度数学就像写命题作文,设计规定形状的祭坛,搞懂一些基本的几何知识和结论;数学知识多半是用文字表达的近似的、经验性的法则。

    印度人陈述的毕达哥拉斯定理:“矩形对角线生成的(正方形)面积等于矩形两边各自生成的(正方形)面积之和”。

    接下来,亚历山大的东征促进了希腊与印度的交流,印度首先引入了零号和完整的十进制数字,这些印度数字先传入阿拉伯世界,再由阿拉伯传到欧洲;印度数字和十进制计数法被欧洲人普遍接受并改造,在近代科学进步中的意义是不言而喻的。

    数学与天文学的不解之缘

    印度人的数学从宗教祭坛设计转向天文学,内容主要涉及算术(运算法则),三角函数、不定方程、低阶方程等等代数问题。印度人使用了数字,引入了负数,讨论了数的运算法则;广泛使用了无理数等等。如数学家阿耶波多给出了连续n个正整数的平方和和立方和的表达式(我把结果做了推广,有兴趣可参考公众号:“究尽中学数学”和“究尽数学”文章)
    1^2+2^2+\cdots+n^2=\frac{n(n+1)(2n+1)}{6}\\ 1^3+2^3+\cdots+n^3=\frac{n^2(n+1)^2}{4}
    阿耶波多在印度率先给出了圆周率,但方法不得而知;他还有一项有意义的结果是一次不定方程的求解。

    在阿耶波多之后,过100多年出现了婆罗摩笈多,他留下了两部天文学著作《婆罗多修正体系》和《肯达克迪迦》。婆罗摩笈多使用“二次插值法”,制作了正弦函数表,收录在《肯达克迪迦》;而更多的数学内容包含在《婆罗多修正体系》中,其中“算术讲义”和“不定方程讲义”两章主要讨论了三角形、四边形、二次方程、零和负数的算术性质、运算规则,一阶和二阶不定方程。婆罗摩笈多给出了一元二次方程的求根公式,只是一个根;他还给出了四边形的面积公式,(这个公式从形式上看,很像三角形的面积公式——海伦公式)只是他没注意到公式成立的条件是四边形必须内接于圆。成立条件,请参考公众号:“究尽中学数学”和“究尽数学”文章。

    在婆罗摩笈多过世后的四个多世纪中,印度未曾出现杰出的数学家,这期间政治动乱、王朝更迭。在拉喜特拉库塔王朝鼎盛时期,出现了一位数学家——马哈维拉,他撰写了印度第一部初具现代形式的教科书《计算精华》,该书和以往不同,是一本纯粹的数学书籍,不包含天文学内容;书中包括了零的运算、二次方程、利率计算、整数性质和排列组合等内容。

    接下来,到了12世纪,出现了印度古代和中世纪最伟大的数学家、天文学家婆什伽罗。婆什伽罗有两部重要的数学著作《莉拉沃蒂》和《算法本源》。其中《算法本源》主要探讨了正负数法则、线性方程组、低阶整系数方程求解等代数问题;还给出了毕达哥拉斯定理的两个漂亮证明,其中一个与赵爽的方法相同,另一个是利用相似三角形的性质。

    如图所示,在直角三角形ACB中,


    geogebra-export.png

    AD=n,BD=m,AB=c,CD=h,AC=b,BC=a\\ AD+DB=AB=m+n=c\\ \frac{c}{a}=\frac{a}{m},\frac{c}{b}=\frac{b}{n}\\ cm=a^2,cn=b^2\\ a^2+b^2=c(m+n)=c^2
    婆什伽罗对数学的主要贡献是:采用缩写文字和符号来表示未知数和运算;熟练掌握了三角函数的和差化积公式;比较全面地讨论了负数,广泛使用了负数。

    19世纪后期印度诞生了享誉世界的数学天才拉曼紐扬。纵观印度的数学发展,不难发现印度对数学的要求简单实用,数学家也并不多。和中国相比,有很多相似之处。

    想要了解更多数学内容,请关注公众号“究尽中学数学”和“究尽数学”。

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