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最早的數(shù)學(xué)——算術(shù)

來源:網(wǎng)絡(luò) 2009-08-31 09:59:24

  算術(shù)是數(shù)學(xué)中最古老、最基礎(chǔ)和最初等的部分。它研究數(shù)的性質(zhì)及其運(yùn)算。

  “算術(shù)”這個(gè)詞,在我國(guó)古代是全部數(shù)學(xué)的統(tǒng)稱。至于幾何、代數(shù)等許多數(shù)學(xué)分支學(xué)科的名稱,都是后來很晚的時(shí)候才有的。

  國(guó)外系統(tǒng)地整理前人數(shù)學(xué)知識(shí)的書,要算是希臘的歐幾里得的《幾何原本》最早!稁缀卧尽啡珪彩寰,后兩卷時(shí)候人增補(bǔ)的。全書大部分是屬于幾何知識(shí),在第七、八、九卷中專門討論了數(shù)的性質(zhì)和運(yùn)算,屬于算術(shù)的內(nèi)容。

  現(xiàn)在拉丁文的“算術(shù)”這個(gè)詞是由希臘文的“數(shù)和數(shù)(音屬,sh?三音)數(shù)的技術(shù)”變化而來的。“算”字在中國(guó)的古意也是“數(shù)”的意思,表示計(jì)算用的竹籌。中國(guó)古代的復(fù)雜數(shù)字計(jì)算都要用算籌。所以“算術(shù)”包含當(dāng)時(shí)的全部數(shù)學(xué)知識(shí)與計(jì)算技能,流傳下來的最古老的《九章算術(shù)》以及失傳的許商《算術(shù)》和杜忠《算術(shù)》,就是討論各種實(shí)際的數(shù)學(xué)問題的求解方法。

  關(guān)于算數(shù)的產(chǎn)生,還是要從數(shù)談起。數(shù)是用來表達(dá)、討論數(shù)量問題的,有不同類型的量,也就隨著產(chǎn)生了各種不同類型的數(shù)。遠(yuǎn)在古代發(fā)展的最初階段,由于人類日常生活與生產(chǎn)實(shí)踐中的需要,在文化發(fā)展的最初階段就產(chǎn)生了最簡(jiǎn)單的自然數(shù)的概念。

  自然數(shù)的一個(gè)特點(diǎn)就是由不可分割的個(gè)體組成。比如說樹和羊這兩種事物,如果說兩棵樹,就是一棵再一顆;如果有三只羊,就是一只、一只又一只。但不能說有半棵樹或者半只羊,半棵樹或者半只羊充其量只能算是木材或者是羊肉,而不能算作樹和羊。

  不過,自然數(shù)不足以解決生活和生產(chǎn)中常見的分份問題,因此數(shù)的概念產(chǎn)生了第一次擴(kuò)張。分?jǐn)?shù)是對(duì)另一種類型的量的分割而產(chǎn)生的。比如,長(zhǎng)度就是一種可以無(wú)限地分割的量,要表示這些量,就只有用分?jǐn)?shù)。

  從已有的文獻(xiàn)可知,人類認(rèn)識(shí)自然數(shù)和分?jǐn)?shù)的歷史是很久的。比如約公元前2000年流傳下來的古埃及萊茵德紙草書,就記載有關(guān)于分?jǐn)?shù)的計(jì)算方法;中國(guó)殷代遺留下來的甲骨文中也有很多自然數(shù),最大的數(shù)字是三萬(wàn),并且全部是應(yīng)用十進(jìn)位制的位置計(jì)數(shù)法。

  自然數(shù)和分?jǐn)?shù)具有不同的性質(zhì),數(shù)和數(shù)之間也有不同的關(guān)系,為了計(jì)算這些數(shù),就產(chǎn)生了加、減、乘、除的方法,這四種方法就是四則運(yùn)算。

  把數(shù)和數(shù)的性質(zhì)、數(shù)和數(shù)之間的四則運(yùn)算在應(yīng)用過程中的經(jīng)驗(yàn)累積起來,并加以整理,就形成了最古老的一門數(shù)學(xué)──算術(shù)。

  在算術(shù)的發(fā)展過程中,由于實(shí)踐和理論上的要求,提出了許多新問題,在解決這些新問題的過程中,古算術(shù)從兩個(gè)方面得到了進(jìn)一步的發(fā)展。

  一方面在研究自然數(shù)四則運(yùn)算中,發(fā)現(xiàn)只有除法比較復(fù)雜,有的能除盡,有的除不盡,有的數(shù)可以分解,有的數(shù)不能分解,有些數(shù)又大于1的公約數(shù),有些數(shù)沒有大于1的公約數(shù)。為了尋求這些數(shù)的規(guī)律,從而發(fā)展成為專門研究數(shù)的性質(zhì)、脫離了古算術(shù)而獨(dú)立的一個(gè)數(shù)學(xué)分支,叫做整數(shù)論,或叫做初等數(shù)論,并在以后又有新的發(fā)展。

  另一方面,在古算術(shù)中討論各種類型的應(yīng)用問題,以及對(duì)這些問題的各種解法。在長(zhǎng)期的研究中,很自然地就會(huì)啟發(fā)人們尋求解這些應(yīng)用問題的一般方法。也就是說,能不能找到一般的更為普遍適用的方法來解決同樣類型的應(yīng)用問題,于是發(fā)明了抽象的數(shù)學(xué)符號(hào),從而發(fā)展成為數(shù)學(xué)的另一個(gè)古老的分支,指就是初等代數(shù)。

  數(shù)學(xué)發(fā)展到現(xiàn)在,算術(shù)已不再是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支,現(xiàn)在我們通常提到的算術(shù),只是作為小學(xué)里的一個(gè)教學(xué)科目,目的是使學(xué)生理解和掌握有關(guān)數(shù)量關(guān)系和空間形式的最基礎(chǔ)的知識(shí),能夠正確、迅速地進(jìn)行整數(shù)、小數(shù)、分?jǐn)?shù)的四則運(yùn)算,初步了解現(xiàn)代數(shù)學(xué)中的一些最簡(jiǎn)單的思想,具有初步的邏輯思維能力和空間觀念。

  現(xiàn)代小學(xué)數(shù)學(xué)的具體內(nèi)容,基本上還是古代算術(shù)的知識(shí),也就是說,古代算術(shù)和現(xiàn)代算術(shù)的許多內(nèi)容上是相同的。不過現(xiàn)代算術(shù)和古代算術(shù)也還存在著區(qū)別。

  首先,算術(shù)的內(nèi)容是古代的成人包括數(shù)學(xué)家所研究的對(duì)象,現(xiàn)在這些內(nèi)容已變成了少年兒童的數(shù)學(xué)。其次,在現(xiàn)代小學(xué)數(shù)學(xué)里,總結(jié)了長(zhǎng)期以來所歸結(jié)出來的基本運(yùn)算性質(zhì),即加法、乘法的交換律和結(jié)合律,以及乘法對(duì)加法的分配律。這五條基本運(yùn)算定律,不僅是小學(xué)數(shù)學(xué)里所學(xué)習(xí)的數(shù)運(yùn)算的重要性質(zhì),也是整個(gè)數(shù)學(xué)里,特別是代數(shù)學(xué)里著重研究的主要性質(zhì)。

  第三,在現(xiàn)代的小學(xué)數(shù)學(xué)里,還孕育著近代數(shù)學(xué)里的集合和函數(shù)等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)概念的思想。比如,和、差、積、商的變化,數(shù)和數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,以及比和比例等。

  另外,現(xiàn)在小學(xué)數(shù)學(xué)里,還包含有十六世紀(jì)才出現(xiàn)的十進(jìn)小數(shù)和它們的四則運(yùn)算。應(yīng)當(dāng)提出的是十進(jìn)小數(shù)不是一種新的數(shù),而可以被看作是一種分母是10的方冪的分?jǐn)?shù)的另一種寫法。

  我們?cè)谶@里把算術(shù)列成第一個(gè)分支,主要是想強(qiáng)調(diào)在古代全部數(shù)學(xué)就叫做算術(shù),現(xiàn)代的代數(shù)學(xué)、數(shù)論等最初就是由算術(shù)發(fā)展起來的。后來,算學(xué)、數(shù)學(xué)的概念出現(xiàn)了,它代替了算術(shù)的含義,包括了全部數(shù)學(xué),算術(shù)就變成了一個(gè)分支了。因此,也可以說算術(shù)是最古老的分支。

 

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