古代数学有多难看看六艺之数

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古代儒家文人的最初标准是“君子六艺”。古代六艺有两种说法,一种是周代所说,

中国周朝的贵族教育体系,开始于公元前年的周王朝,周王官学要求学生掌握的六种基本才能:礼、乐、射、御、书、数。出自《周礼·保氏》:“养国子以道,乃教之六艺:一曰五礼,二曰六乐,三曰五射,四曰五驭,五曰六书,六曰九数。”

这就是所说的“通五经贯六艺”的“六艺”。春秋时期孔子开私学也授六艺,但此六艺即儒学六经,谓《易》、《书》、《诗》、《礼》、《乐》、《春秋》。六艺现代解释,包括“礼、乐、射、御、书、数”等六种技艺。

数,指理数、气数(运用方法时的规律),即阴阳五行生克制化的运动规律。《广雅》:“数,术也。”即技术、方法、技巧而已。

简单地说,“六艺”具体包括:礼、乐、射、御、书、数六个科目,涵盖了德智体的方方面面,用来培养德才兼备、风度翩翩的君子,所以又称之为“君子六艺”。六艺中的数,即数学之数,现代已经延伸为“数理化”之数。

另一种是汉代的说法,汉儒以六经为六艺,即《易》、《书》、《诗》、《礼》、《乐》、《春秋》。“六经者,大艺也;礼、乐、射、御、书、数者,小艺也。语似分歧,实无二致。古人先识文字,后究大学之道。”

我国古代“六艺”中的数艺包括九科,它们分别是:方田、栗布、差分、少广、商功、均输、盈朒、方程、勾股。具体内容见下表:

在我国古代,数学和阴阳风水等活动一起,被归入术数类。它的主要功能除了解决日常的丈量土地、算账收税等实际问题,还要计算天体,推演历法。在这方面,我国古代有着惊人的成就。

其中重要的数学成就之一,就是《九章算术》,它是古人研究九个问题的习题集。每道题有问有答有术,有的是一题一术,有的是多题一术,有的则是一题多术。全书九章,涉及的都是现实生活中的实际应用问题。《九章算术》在数艺教育中占有重要地位。

《九章算术》虽以算术为名,但其内容除了涉及今所称算术以外,更涵括今之代数、几何,内容丰富,题材广泛,尤其可贵的是能与社会的实际需求,诸如土地面积、粮食交换、物资分配、工程体积、税役摊派、物价涨跌等密切相关。

书中记载了开平方和开立方的方法,并在此基础上又提出了一般一元二次方程的数值解法,还用了一章的篇幅介绍了方程组的解法。而且,它在世界数学史上首次阐述了负数及其加减算法,首次记载了我国数学家发现的勾股定理,标志着中国古代数学已形成了比较完整的体系,对世界数学的发展做出了巨大贡献。

而《周髀算经》是中国流传至今的一部最早的数学著作,同时也是一部天文学著作。是算经的十书之一。约成书于公元前1世纪,原名《周髀》,主要阐明当时的盖天说和四分历法。唐代初期规定它为国子监明算科的教材之一,故改名《周髀算经》。

据说,一天,周公和商高在一起谈论问题。周公对古代伏羲构造周天历度的事迹感到不可思议,周公虚心地问商高:“我听说先生非常擅长数学,那么请教先生,古代的伏羲创立了天文和历法,可是天没有台阶可以攀登上去,地又不能用尺去测量,这些数是怎样得来的?” 

商高答道:“数是根据圆和方的道理计算得来的,圆来自于方,而方来自于直角三角形。当一条直角边(勾)为3,另一条直角边(股)为4,则斜边(弦)为5.”。

这本书中涉及很多数学知识,大体上保留了先秦时期的数艺教材。

《周髀算经》在数学上的主要成就是介绍了勾股定理及其在测量上的应用以及怎样引用到天文计算。《周髀算经》记载了勾股定理的公式与证明,相传是在商代由商高发现,故又称之为商高定理。

《周髀算经》在数学上的主要成主要是介绍了勾股定理以及在测量上的应用。从所包含的数学内容来看,书中主要讲述了学习数学的方法、用勾股定理来计算高深远近和比较复杂的分数计算等。

书中有矩(一种量直角、画矩形的工具)的用途,勾股定理及其在测量上的应用,相似直角三角形对应边成比例定理等,还有开平方知识,等差级数等问题,以及与古代“四分历”相关的复杂的分数运算等,还有圆周率π:3.······

在我国周代初期,周公旦知道大臣商高非常擅长数艺,他便问当时的数学家商高说:“我听说你很精通数的艺术。是不是可请您谈谈,古代伏羲是怎样确定天球的度数的?天是没有一种梯子能登攀得上的,地也无法用尺子来测量。因此我很想问问您,这些数字是从哪里来的?”

商高回答说道:“数的艺术是从圆形和方形开始的。圆形出自方形,而方形则出自矩形。如果假设把一个矩形沿对角线切开,让宽等于3个单位,长等于4个单位。这样,两个对角之间的对角线的长度就等于5个单位。”

商高又说:“现在用这条对角线作为边长画一个正方形,再用几个同外面那个半矩形相似的半矩形把这个正方形围起来,形成一个方形盘。这样,外面那四个宽为3、长为4、对角线为5的半矩形,合在一起便构成两个矩形,总面积等于24。然后从方形盘的总面积49减去24,便得到余数25,这种方法成为‘积矩’。伏羲所用确定天球度数的方法,就是从这些数字中发展出来的。”

周公感叹说:“数艺这门艺术真是了不起啊!我还想再请教关于丁字尺的道理。”

商高回答说:“丁字尺又叫直角三角形,如果使一个直角三角形平卧在地上,我们可以用绳子设计出平直的和方形的工程。如果把直角三角形竖立起来,就可以测量高度。倒立的直角三角形可以用来测量深浅,而平放的直角三角形则可用来测出距离。”

商高又说:“如果让直角三角形旋转,这样我们便可以画出圆形了。如果我们把几个直角三角形合在一起,我们就可以得到正方形和长方形。方形属于地,而圆形则属于天,所以天是圆的,而地则是方的。方形的数是标准,从方形的数就可以推出圆形的大小来。”

周公感慨道:“对地有所了解的人是聪明人,而对天有所了解的人则是圣人。知识出自直线,而直线则出自直角。因此,直角和数结合起来,就是指导和统治万物的东西。看来数艺真是一门神奇的本事!”

这就是在《周髀算经》中,商高说“天圆地方”。那么什么是“天圆地方”呢?

古人认为天与地最初是连在一起的,把天地未分的时候称为太极,后来才分出了天地,也就是阴阳两极。由于日月等天体都是在周而复始、永无休止地运动,而大地一直默默地承载着我们,如一个方形的物体静止稳定,于是古人就认为“天圆地方”。

我国古代“六艺”中的数艺,也是君子的必修课之一,数艺包括方田、栗布、差分、少广、商功、均输、盈朒、方程、勾股这九科。

数艺是古代一门基础课目,它的主要功能除了解决日常的丈量土地、算账收税等实际问题,还有就是天文家计算天体,推演历法了。

西周时期,我国数艺并不是学习中的主要内容,它与礼、乐、射、御相比,其所占的比例是十分小的。不仅此时如此,即使在整个知识体系和学术思想中,像数学这样的自然科学也没有清晰的面目,它们通常被划归于古代“数术类”。

“数术类”教学是一个很庞杂的门类,它包括很多知识,比如数学、地理、天文等,也包括一些巫术的内容,比如占卜、符瑞、天象、风水等。

虽然数艺教学在古时,它的内容和水平有限,但这并不意味着这一门知识不重要或者不发达。相反,我国数艺教学应用却是十分广泛的。

按照周礼的规定,周天子要在新年伊始时颁发日历,用以确立农时。所以,历法的制定除了天文观测积累经验外,更多的要靠数学运算。而这个运算过程相当复杂。

我国古代的数艺教学中还描述了乘法表,这表明古代的四则运算已经趋于成熟了。甚至是勾股定理在西周时期已经是古人数艺的必修课了。

其实勾股定理中还涉及开方运算,虽然不能得知那个时候普遍意识到开方知识,但是在勾股定理实际运算中肯定要涉及开方的。




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