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数学史简介

八卦谈 佚名 2022-11-15 16:17:07

(一)古埃及数学:目前能追溯到的最古老的数学文明


出现兰德纸草书,莫斯科纸草书。

重要成果:

给出圆的面积算法:将直径减去它的1/9之后在平方。相当于圆周率取256/81≈3.1605的圆面积计算方法。

能把所有分数都化成单位分数(即分子是1的分数)的和。

用十进制记数法,掌握加法运算,部分一元一次方程问题。





(二)两河流域的数学:高位进制的出现以及数学运算表的使用


出现美索不达米亚和古巴比伦的数学

重要成果:

苏美尔人掌握分数,加减乘除运算,解一元二次方程,发明十进制法和十六进制法,将圆分为360等份,知道π近似于3。会计算不规则多边形面积及一些椎体的体积。


古巴比伦人引入60进制书写数字,能借助乘法表,倒数表,平方表,立方表进行计算。记载一次和二次方程的解法(与今天的解法,公式法一致),以及部分三次方程问题,懂得相似三角形对应边成比例 ,能计算简单平面图形面积和简单立体图形体积。





(三)古希腊数学:数学由过去的经验上升到理论高度

泰勒斯(公元前624~公元前546)引入命题证明思想,将数学由人们对客观事物的认识从经验上升到理论。


毕达哥拉斯(公元前572~公元前497)发现勾股定理(指严格证明)。


欧几里德(公元前330~公元前275)几何学奠基人,著作《几何原本》。


阿基米德(公元前287~公元前212)利用逼近法计算球面积,球体积,抛物线,椭圆面积(后世数学家将其发展为微积分)


公元前6世纪至公元前4世纪之间,古希腊人遇到令他们百思不得其解的三大尺规作图问题(古代几何作图三大难题)

(1)三等分角问题:将任一个给定的角三等分。

(2)立方倍积问题:求作一个正方体的棱长,使这个正方体的体积是已知正方体的二倍。

(3)化圆为方问题:求作一个正方体,使它的面积和已知圆的面积相等。





(四)古中国数学

刘徽(约225~295)撰写《九章算术注》(开创了“正负开方法”“大衍求一术”等机械化的算法模式)以及《海岛算经》,最早提出十进小数概念,并用十进小数表示无理数的立方根。提出正负数概念及加减运算法则,改进线性方程组解法。提出割圆术,即将圆的周长和面积用内接或外切正多边形穷竭来代替。用割圆术求出π=3.1416。


赵爽(东汉末至三国时代吴国人,公元3世纪初)给出勾股定理“勾股各自乘,并之,为弦实。开方除之,即弦。”并给出新证法


祖冲之(公元429~500)将π计算到小数点后六位,即3.1415926~3.1415927之间提出约率22/7和密率355/113。


秦九韶(1208~1261)注有《数书九章》,论述自然数,分数,小数,负数,第一次用小数表示无理根。研究大衍求一术(一次同余组解法)和正负开方术(高次方程的数值解法)。







(五)中世纪法国数学:解析几何学创立


费马(1601~1665)提出解析几何基本原理,发现“两个未知量决定一个方程式,对应着一条轨迹,可以描绘出一条直线或曲线”,提出用微分子法求曲线围成图形面积(微积分的雏形)。


笛卡尔(1596~1650)创立解析几何学,最先使用a,b,c表示已知数以及x,y,z表示未知数。发现凸多面体边,顶点,面之间的关系。






(六)中世纪数学:微积分的创立及概率论的出现


牛顿(1643~1727)英国数学家,创立微积分,建立微积分基本定理(用微分的反运算来求面积)。


莱布尼茨(1646~1716)德国数学家,引入微积分符号dx等,至今仍在沿用。


17世纪中叶,帕斯卡和费马关于赌金分配问题的争论推动了概率论的产生。


瑞士数学家伯努利(1654~1705)使概率论成为数学的一个分支,建立伯努利大数定律:事件的频率稳定于它的概率。


棣莫弗(1667~1754)和拉普拉斯(1749~1827)导出中心极限定理,明确给出概率的古典定义。






(七)近代数学:高次方程,集合论的创立与概率论的发展


瑞士数学家欧拉(1707~1783)提出虚数单位i,三角函数的符号,自然对数的底e,欧拉公式e^ix=cosx+isinx。提出一笔画定理(一个图形能一笔画完需要满足两个条件),发现单连通多面体顶点数之和V,边数之和E和面数之和F的数量关系F-E+V=2


德国数学家高斯(1777~1855)发明最小二乘法,阐述空间曲面的微分几何学,对非欧几何,复变函数均有重要贡献。


1824年,挪威数学家阿贝尔证明一般五次以上的代数方程不存在根式解,法国数学家伽罗瓦完善了阿贝尔的理论,明确该方程根式可解的条件(当且仅当一个方程的伽罗瓦群是可解群时),得出尺规作图三大难题无法用尺规完成。


19世纪末,俄国数学家切比雪夫(1821~1894),马尔可夫(1856~1922)给出大数定律和中心极限定理的一般形式,科学的解释了随机变量服从正态分布的原因。


19世纪末,德国数学家康托尔创立集合概念(把若干确定的有区别的事物合并起来看做一个整体,就称为一个集合,其中各事物称为该集合的元素)


罗素(1872~1970)构造一个集合A,这个集合是由所有不属于自身的元素构成的,即A={x|x不属于A},由此引发第三次数学危机,即罗素悖论。此危机直到1908年,才被策梅洛提出的集合论公理系统解决。





(八)现代数学:数学教育改革以及计算机算法的出现


1901年,英国数学家贝利提出“数学教育应该面向大众”,“数学教育必须重视应用”等思想。克莱因提出“米兰大纲”,引起数学界的强烈响应,该活动被称为贝利-克莱因运动。


20世纪初,概率论与积分理论结合,并形成了严谨的公理体系。


二战结束后,1950年代初期,新数学运动在美国开始进行,用现代数学思想重建初等数学的内容。改变过去死记公式,模仿例题,忽视数学的逻辑结论和系统性,把数学分成互不相通的部分,缺乏必要的数学理解。继美国之后,其他国家纷纷推进新数学运动,于1960年形成高潮。


计算机的出现使得数学算法可以在计算机上进行。(for循环,while循环,if语句等)



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