二年級趣味數(shù)學(xué):時代的迷霧
來源:趣味數(shù)學(xué)辭典 文章作者: 2008-06-11 15:20:42
1858年,英國文物收藏家亨利。蘭德在埃及的盧克索城買到一部草片文書。這部書現(xiàn)在是使我們有可能判斷古代埃及數(shù)學(xué)知識情況的主要史料之一。蘭德是這部書的第一位歐洲收藏者,現(xiàn)在舉世都稱為蘭德紙草書。從草片文書用僧侶文字寫成的原文可以斷定,這部書是拉烏斯法老王朝的宮廷文書阿默斯于公元前1800年左右寫成的。埃及歷史上這一時期稱為中王朝。根據(jù)書中記載,它的原本可能是屬于更早的埃及古王朝時期(公元前2700年左右)的一部更加古老的草片文書。
這部草片文書是一幅長5。25米,寬0。33米的草片紙帶。在我們看來,它不象是專題論文,也不是今天所說的教科書,而很可能是一本學(xué)生的筆記本,虔誠的學(xué)生把老師的講述給他的所有知識都分毫不差地記在本子上,甚至包括許多錯誤在內(nèi)。
除了現(xiàn)在收藏在不列巔博物館的蘭德紙草書之外,還有收藏在普希金圖書館的莫斯科草片文書。莫斯科草片文書和蘭德紙草書一樣,也是長條形的,但前者的長度是后者的四倍。另外還有幾部數(shù)學(xué)的草片文書,但這些文書內(nèi)容都不如上面的兩部出名。
通過草片文書,神殿墻壁上的題字和墓志銘,以及各種建筑物的銘文,使我們可以對埃及的數(shù)學(xué)知識有所了解。
埃及的數(shù)學(xué)有自己的特點(diǎn),和現(xiàn)代數(shù)學(xué)有許多不同,但就當(dāng)時的水平來說,已經(jīng)是相當(dāng)高的了。舉個例子說,埃及人已經(jīng)會解一元一次方程。不過,不要以為就是我們今天的有系數(shù),有符號的方程。當(dāng)時還沒有任何符號系統(tǒng),沒有等號,沒有0。之所以稱其為方程,是因?yàn)樗耆谜Z言敘述的運(yùn)算序列,如果翻譯成今天的語言,正好就是方程。例如,我們研究方程
8X=19
解出這個方程,得到X=19/8。于是,需要用一個數(shù)去除另一個數(shù)。埃及人作了這個除法,而且除的相當(dāng)特別。他們把除數(shù)8加倍,以便得到一個小於19,如果再加倍就大于19的一個數(shù),然后逐次二等分,直到得出一個單位數(shù)1為止。這樣的單位數(shù)在我們的例子中是一定能夠得到的,因?yàn)槌龜?shù)8是2的三次冪。這可以表示成如下的形式:
8----1
16----2
4----1/2
2----1/4
1----1/8
在左邊的數(shù)中,我們能得到其和為19的數(shù),就是16+2+1=19,將16,2,1所對應(yīng)的右邊的數(shù)加在一起,就是解答:
X=2+1/4+1/8
這樣的除法稱為雙軌程序。
在除數(shù)不是2的冪這種情況下怎么辦呢?譬如,33/7,仍然利用雙軌程序,把除數(shù)7加倍使其盡可能大的倍數(shù)小于33,得到33=4X7+5,把5寫成2X2+1,推出5/7=2X2/7+1/7,對于2/7這樣的數(shù)來說,有專門的展開的表。我們至今還不知道古代埃及人是怎樣得出這些表的。尋找這些表組成的規(guī)律的一切嘗試都沒有成功。根據(jù)這些表,2/7=1/4+1/28,這必須分解為一些分子等于1的分?jǐn)?shù),這樣的分?jǐn)?shù)叫做單位分?jǐn)?shù)。埃及人沒有有理數(shù)的一般概念,他們把分子為1的分?jǐn)?shù)看作是從中選取相應(yīng)部分的對象的一種特殊性質(zhì)。于是:
5/7=2X(1/4+1/28)+1/7=1/2+1/7+1/14
最后,得到:33/7=4+1/2+1/7+1/14
埃及人還會計算圓的面積。他們相當(dāng)出色地選取了π的近似值:π≈√10=3。1605這是一個巨大的成就,因?yàn)樗麄兺瑫r代的巴比倫人取π等于3,這太不精確了。但是,埃及人通過取對邊和的一半相乘來求任意四邊形的面積,這也是很不精確的。其實(shí),當(dāng)時巴比倫人和埃及人相差的并不遠(yuǎn)。
令人感到意外的是,埃及人能夠完全精確地計算平截頭棱錐體的體積。這是非常令人吃驚的,因?yàn)檫@種計算需要達(dá)到的數(shù)學(xué)水平比埃及人當(dāng)時的水平還要高。后來的希臘人經(jīng)過漫長的時間才達(dá)到了這個水平。
其實(shí),希臘人自身對埃及的數(shù)學(xué)知識的影響很深,他們經(jīng)常到埃及去研究數(shù)學(xué),以至于把埃及看作為幾何學(xué)的誕生地。我們知道,其中埃及人從希臘人那里獲得了畢達(dá)格拉斯定理的概念,盡管在我們所知道的埃及文獻(xiàn)中連埃及人知道這個定理的一點(diǎn)暗示都沒有。阿默斯在他的草片文書中的任何地方都沒有談到這一點(diǎn)。
根據(jù)希臘作者的敘述,在埃及專門有一種測量土地的人,在希臘人的說法中,測量土地的工具有“拖繩“或“拉繩“的意思。這些繩子大概是用來做直角的,繩子用結(jié)扣分成12等分。如果由這些等分組成一個各邊邊長分別為3,4,5等分的三角形,那么3等分和4等分的兩邊所夾的角就是直角(符合畢達(dá)格拉斯逆定理:三角形兩邊的平方和等于第三邊的平方,則三角形是直角三角形。)
埃及人運(yùn)用的所有的數(shù)學(xué)法則都帶有極端的經(jīng)驗(yàn)主義的性質(zhì),這些法則既沒有任何定理,也沒有任何證明。
但是,盡管埃及數(shù)學(xué)帶有如此原始的性質(zhì),它卻賦予現(xiàn)代科學(xué)后來的發(fā)展以極為有益的影響。勤勞的埃及人,在自己千百年的歷史中積累了豐富的數(shù)學(xué)知識,后來的數(shù)學(xué)如果不利用這些知識就不會取得成就?梢院敛豢鋸埖卣f,假如沒有埃及的數(shù)學(xué),就沒有后來的希臘的數(shù)學(xué)。
希臘數(shù)學(xué)和歷史舞臺上希臘人以前的數(shù)學(xué)究竟有什么同呢?不同點(diǎn)很多,其中最主要的有兩點(diǎn):
1。希臘人賦予數(shù)學(xué)真理以我們當(dāng)代數(shù)學(xué)所擁有的最抽象的性質(zhì)。
2。希臘人把數(shù)學(xué)證明的思想引入數(shù)學(xué)。
究竟是誰居于這種數(shù)學(xué)的源頭呢?欲知詳情,請聽下回分解。
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