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天元术是哪个数学家发明的(代数学的起源)

时间:2024-09-20 09:51:04

2024-09-20 09:51:04

代数学是数学的重要分支学科之一,对数学来说有基础性的意义:一方面代数学为许多现代数学分支提供了发展的基础;另一方面,它的初步内容又构成了人们学习数学的入门知识。

代数学的发展经历过漫长的历史时代,许多国家、许多民族都做出过贡献。在以方程论为中心的古典代数学的发展中,阿拉伯数学家做出了独特的贡献,花拉子米就是代表。

代数学的萌芽

有了古老的算术以后,越来越多的问题摆在了数学家面前。为了寻找较为普遍的方法来解决在算术里积累的大量数量问题,古老的算术就必须进行改进和发展。在这个缓慢的过程中,便产生了古典代数学的萌芽,因此,算术和代数没有截然分开的时间。

代数最初是用文字表述的,大约在公元前2000年,巴比伦算术已经演化出一些用文字表述的代数解题方法。他们既能用相当于代入一般公式的方法,又能用配方法来解二次方程,还讨论过某些三次方程和双二次方程。

方程问题是古典代数的主要内容,除了巴比伦,在古代的中国、印度、阿拉伯等国家对方程的认识也都有着悠久的历史。

秦汉时期,天文历法有了较大的发展,为了编制历法,当时的中国数学家就已经知道了一些方程的解法。约公元50年成书的《九章算术》,是中国流传至今最古老的一部数学专著。在这本书中已经使用了“方程”这个名词,并且出现了解一元一次方程和一元二次方程等许多代数问题。之后,东汉末年至三国时代的赵爽研究了二次方程的求根问题;他还研究了根与系数的关系,得到了和一元二次方程的求根公式以及“韦达定理”相似的结果。南北朝时期的数学家张邱建在《张邱建算经》一书中给出了一个用文字写出的方程。

在以后的各个朝代中,中国数学家对方程的研究都有过重要成就,例如唐朝王孝通、张遂,北宋时期的贾宪、刘益,南宋时期的秦九韶等,他们对方程的解法或有所改进,或有所创新。

但是,如何去表示一个方程却一直是很困难的,因为用字母代替未知数,用符号表示代数式这种方法自创立至今也不过400年的历史。在这之前都是用文字叙述的,为了简明地列出方程,古人们想了许多改进办法。

公元11、12世纪,中国产生了“天元术”,13世纪数学家李冶将其整理、简化。李冶的天元术中,先“立天元为一某某”就是设未知数,然后根据问题的条件列出天元式。在未知量的一次项旁边记一“元”字,在常数项旁记一“太”字,并按高次幂在上低次幂在排列,还可两个天元式相减进行“同数相消”。天元术已有现代列方程记法的雏型,现代学史家称它为半符号代数。用“元”代表未知数的说法,一直延用到现在。

活动于公元250年前后的丢番图是希腊数学中的代表人物,他最出色的著作《算术》一书中的绝大多数篇章谈的是方程,他是解方程的大师,被称为代数学的鼻祖。

受中国的影响,印度在7世纪初就有了用文字写的代数学,已经能使用缩写文字和一些记号来描述代数的问题和解答,具有符号代数的性质。

公元820年左右,阿拉伯数学家花拉子米从印度回国后著《代数学》一书。该书的方程论被规定为代数学的研究对象,方程的概念也被明确起来,书中第一次明确提出了二次方程的一般解法,同时,还提出了“移项”、“合并同类项”等方法。以后,方程的解法被作为代数的基本特征长期保留下来。从此,诞生了花拉子米的代数学。

花拉子米(Al - Khwarizmi),约780~约850

外号取代了本名的数学家

花拉子米是中世纪中亚地区的一位重要数学家。他于公元783年左右出生于花拉子模。花拉子模是中亚地区的一个古国,位于咸海之南。现分属于乌兹别花拉子米(783—850)克斯坦和土库曼斯坦。花拉子米的意思是“祖籍花拉子模的人”,是此人的一个外号。后来人们都这么称呼他,外号就取代了本名,本名反而不为人所知了。

他早年在家乡接受初等教育,后到中亚地区的古城默夫深造,并到过阿富汗、印度等地游学,很快成为这一地区远近闻名的学者。公元813年,阿拔斯王朝的哈利发马蒙聘请花拉子米到首都巴格达工作。公元830年,马蒙在巴格达创办了著名的“智慧馆”,花拉子米是该馆的主要学术负责人之一。他在这里一直工作到850年左右去世。

花拉子米一生写出许多著作,除了大量的数学著作外,还有天文学、地理学著作。

代数学名字的由来

花拉子米在研究方程求解的过程中,首倡把一个负项移到方程的另一端变为正项,称之为 al-jabr,意思是“还原”,并认为方程的两端可以消去相同的项或合并同类项,称之为muqa-bala,意为“对消”或“化简”。这是花拉子米首创的两种重要的数学方法。他于820年左右写成了《还原和对消计算概要》这一传世之作,原文是阿拉伯文,拉丁文译名为Liber mahucmeti de Algebra et almuchabala。

从书名来看,algebra来自于阿拉伯文的al-jabr.阿拉伯文jbr的意义是“恢复”、“还原”。解方程时将负项移到另一端,变成正项,也可以说是一种“还原”。书名后面的那个阿拉伯文muqabala原意为“对抗”、“平衡”,用来指消去方程两端相同的项或合并同类项,也可译为“对消”。

12世纪时,al-jabr译为拉丁文时成为algebra,而花拉子米书名的第二个字muqubala渐渐被省略,全书常简称为algebra。于是这个学科就以algebra为名。

algebra传入我国,最初音译为“阿尔热巴拉”。1761年梅珏成在《赤水遗珍》中译为“阿尔热八达”,《数理精蕴》则把algebra意译为“借根方比例”即“假借根数、方数以求实数之法”。1845年,俄国政府赠送给我国的图书中有中译名为《阿尔喀布拉数书》一本,其中的“阿尔喀布拉”是俄文的音译。

1847年,英国人伟烈亚力来到上海学习中文。1853年他用中文写了一本《数学启蒙》,介绍西方数学,他在序中说:“有代数、微分诸书在,余将续梓之。”这是中文中第一次用“代数”这一词作为这个数学分支的名称。1859年,伟烈亚力和李善兰合译《代微积拾级》,李善兰在序中正式使用了“代数”这一名称:“中法之四元,即西法之代数也。”同年,两人又合译德摩根的书,正式定名为《代数学》,这是我国第一本以代数学为名的书。这个名称也就一直用到现在。

李善兰(1811年1月22日-1882年12月9日)

代数学的发展

花拉子米的《代数学》一书,奠定了以方程论为中心的古典代数学学科的基石。此书的理论易学易懂,又能联系许多实际问题,适合当时人们的各种需要,因此,流传久远。13世纪传入欧洲,对欧洲文艺复兴时期的代数学影响极大,被奉为代数学教科书的鼻祖。而花拉子米则被人们尊为“代数学之父”。

在花拉子米以后的几个世纪中,代数学发展缓慢。直到1591年,法国数学家韦达第一次在代数中系统地使用了字母,他用字母表示未知数,也用字母表示已知数。这种代数从过去以解决各种特殊问题且侧重于计算的数学分支,发展成为一门以研究一般类型问题的学科,使代数学的发展插上了翅膀。韦达认为,代数是施行于事物的类或形式的运算方法,算术只是同数打交道的。所以,当时人们把代数看成是关于字母的计算、关于由字母表示的公式的变换以及关于解代数方程的科学,这标志着古典代数学的真正确立与完善。

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