阿拉伯帝國的禮物——數(shù)學(xué)
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時(shí)間:2010-04-14
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任何十指健全的人都知道,從一數(shù)到十,最方便的記錄方法是使用阿拉伯?dāng)?shù)字。這種奇妙的數(shù)字是聰明的阿拉伯帝國的穆斯林從印度人那兒吸收,并將之介紹到西方與東方的;同時(shí),這些穆斯林向世界推廣了數(shù)字“0”與十進(jìn)制(數(shù)字“0”是阿拉伯人發(fā)明的,印度人則以空位表示)。具體地說,正是借助花拉子密(al’Khwarizmi,拉丁語名為Algorismus,公元780~850年)著名的《印度計(jì)算法》(拉丁語譯名“Algoritmi de numero Indorum”,英譯名“Al-Khwarizmi on the Hindu Art of Reckoning”)一書,這種對(duì)世界產(chǎn)生難以估量影響的奇妙數(shù)字才為世人了解并接受。因此,人們把這種數(shù)字稱作阿拉伯?dāng)?shù)字。今天,阿拉伯?dāng)?shù)字已經(jīng)與我們的生活密不可分了。
各位進(jìn)入中學(xué)學(xué)習(xí)的第一門數(shù)學(xué)課程是什么?答案是代數(shù)學(xué)。代數(shù)學(xué)是人類步入數(shù)學(xué)以及其它自然科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)。雖然代數(shù)學(xué)的萌芽久矣[代表人物:丟番圖(Diophantus,公元200?~284年?)],但是它是在阿拉伯帝國的穆斯林手里正式成為數(shù)學(xué)的一門學(xué)科的。因此當(dāng)后來的數(shù)學(xué)家們孜孜不倦地學(xué)習(xí)花拉子密的代數(shù)學(xué)著作時(shí),沒有人懷疑代數(shù)學(xué)是阿拉伯帝國的穆斯林創(chuàng)立的。
這位偉大的數(shù)學(xué)家在其著作中首次明確提出,代數(shù)學(xué)的數(shù)學(xué)問題都是由根(x)、平方(x2)和數(shù)(常數(shù))三者組成,并且分六章敘述6種類型的1、2次方程的求解問題?;ɡ用茏罹哂绊懙拇鷶?shù)學(xué)著作——《算術(shù)和代數(shù)論著》(Book of Calculations, Restoration and Reduction),是人類歷史上第一部關(guān)于代數(shù)學(xué)的專著,此書的拉丁文譯本直至文藝復(fù)興時(shí)期還作為教科書在歐洲的大學(xué)中被廣泛使用。
花拉子密對(duì)代數(shù)學(xué)的貢獻(xiàn)是不可磨滅的。由他的名字——al’Khwarizmi的拉丁語譯名——Algorismus,不僅派生出“Algorithm”或“Algorism”(“運(yùn)算法則”或“十進(jìn)制”),后來還演變出現(xiàn)在的對(duì)數(shù)一詞——logarithm(簡(jiǎn)寫為“log”);算術(shù)“arithmetic”一詞的來源也與之類似。他在代數(shù)學(xué)中使用“還原、移項(xiàng)”一詞的阿拉伯語音譯“al-jabr”,傳入歐洲后便演變?yōu)槲覀兘裉焓褂玫?ldquo;algebra”(代數(shù))。
20世紀(jì)最具影響力的科學(xué)史學(xué)家、《科學(xué)史導(dǎo)論》(Introduction to the History of Science)的作者喬治•薩頓(George Sarton,1884~1956年)對(duì)花拉子密的評(píng)價(jià)是“那個(gè)時(shí)代最偉大的數(shù)學(xué)家、迄今所有時(shí)代最崇高者之一”。他在贊揚(yáng)花拉子密的代數(shù)學(xué)的意義的時(shí)候說:“在數(shù)學(xué)上,從希臘人的靜態(tài)宇宙概念到伊斯蘭的動(dòng)態(tài)宇宙觀,第一步是由現(xiàn)代代數(shù)學(xué)的奠基者——花拉子密邁出的。”
塔比特(Thabit ibn Qurrah,公元826 ~901年)也是一位卓有成就的數(shù)學(xué)家,他在數(shù)學(xué)方面的地位主要在于,將數(shù)的概念擴(kuò)展到實(shí)數(shù),提出積分,建立了某些球面三角學(xué)及解析幾何定理。他在公元850年左右寫了一本書――《互滿數(shù)的確定》(Book on the Determination of Amicable Numbers),揭示了建立“互滿數(shù)”的一般數(shù)學(xué)方法。
阿布•卡米勒(Abu Kamil,公元850~930年)著有《代數(shù)》(Book on Algebra)、《測(cè)量與幾何》(Book on Surveying and Geometry)與《計(jì)算技巧珍本》(Book of Rare Things in the Art of Calculation)等數(shù)學(xué)著作?!洞鷶?shù)》其實(shí)包括3個(gè)部分的章節(jié),即①二次方程的解法、②代數(shù)學(xué)在正五邊形與十邊形上的應(yīng)用,及③丟番圖等式與趣味數(shù)學(xué)問題;其中,第2部分章節(jié),就是把埃及、巴比倫的實(shí)用數(shù)學(xué)與希臘的理論幾何相結(jié)合,用幾何學(xué)方法證明代數(shù)解法的合理性?!稖y(cè)量與幾何》是一部指導(dǎo)大地測(cè)繪的實(shí)用性書籍,例如講解如何測(cè)量各種不同圖形的對(duì)角線、周長(zhǎng)、面積,以及測(cè)量各種不同形狀物體(六面體、棱柱體、棱錐體及圓錐體)的體積與表面積?!队?jì)算技巧珍本》則涵蓋幾何和代數(shù)兩方面的內(nèi)容,但其主要成就是關(guān)于四次方程的解法與如何處理無理系數(shù)的二次方程。
奧瑪爾•海亞姆(Omar Khayyam,公元1048~1131年)是《代數(shù)問題的論證》(Treatise on Demonstration of Problems of Algebra,簡(jiǎn)稱《代數(shù)學(xué)》)一書的作者,在數(shù)學(xué)尤其是代數(shù)學(xué)史上堪稱最杰出者之一。作者開創(chuàng)的用圓錐曲線(Conic Section)解3次方程的方法,并依此將3次方程進(jìn)行分類,堪稱是對(duì)代數(shù)學(xué)發(fā)展的卓越貢獻(xiàn)。奧瑪爾•海亞姆杰出還在于,他當(dāng)時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)3次方程具有不止1個(gè)根,并且證明了另一個(gè)根的存在。他寄語后來人說到:“也許我們之后的人們會(huì)解決這個(gè)問題。”這一期望后來在16世紀(jì)由3位意大利人del Ferro(公元1465~1526年)、Tartaglia(公元1499~1557年)與Ferrari(公元1522~1565年)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
在希臘數(shù)學(xué)中,“數(shù)”的概念一般僅僅擴(kuò)展到簡(jiǎn)單的加法和乘法運(yùn)算,然而從算術(shù)運(yùn)算到代數(shù)的飛躍,使人類第一次生長(zhǎng)出在一切自然科學(xué)領(lǐng)空飛翔的翅膀……
阿拉伯帝國的穆斯林對(duì)于數(shù)學(xué)的另一巨大貢獻(xiàn)是三角學(xué)(三角函數(shù)),其學(xué)術(shù)思想可能主要來源于印度與希臘的三角學(xué)知識(shí)。三角學(xué)是隨著一些探究宇宙奧秘的科學(xué)家在觀測(cè)天體運(yùn)行與研究天文歷算的過程中發(fā)展起來的。眾所周知,研究天文演變的規(guī)律離不開三角學(xué)或數(shù)學(xué)知識(shí),所以作為天文學(xué)家的最重要條件是,首先他必須是一位數(shù)學(xué)家。
阿拔斯王朝(Abbasside,公元750~1258年,中國史書稱“黑衣大食”)的巴塔尼(al’Battani,歐洲人也稱作Albatenius,公元850 ~929年)就是這樣一位偉大的天文學(xué)家與數(shù)學(xué)家。他完成了三角學(xué)的建立與系統(tǒng)化工作。在從事天文學(xué)研究的過程中,巴塔尼首先系統(tǒng)性地創(chuàng)建了三角學(xué)即三角函數(shù)這一數(shù)學(xué)分支的許多重要概念,如正弦、余弦、正切、余切。我們今天在中學(xué)學(xué)習(xí)的一些三角函數(shù)公式就是巴塔尼提出的;另外,關(guān)于球面三角形的余弦定理也是這位數(shù)學(xué)家對(duì)人類的貢獻(xiàn)。而正割與余割的概念則是阿拉伯帝國的另一數(shù)學(xué)家兼天文學(xué)家瓦法(al'Wafa,也稱Albuzjani,公元940~998年)建立的,瓦法還指出正弦理論也可以運(yùn)用在球面幾何學(xué)上。