開方算法是古代數學中的一個主要內容。和其他的輝煌成就一樣,已日益得到國人和世界學術界有識之士的認可。世界是多元的,文化是多元的,數學也是多元的。而且在數學發(fā)展的長河中,中西兩大源頭獨立發(fā)展,交相輝映,最終經阿拉伯數學家的傳播交融在一起,匯流為當今的數學。公元2世紀前后,希臘數學式微,中國數學占據了世界數學舞臺的中心,從此以算法研究為主的數學模式取代了幾何研究范式。中國算法的成就通過各種途徑,如絲綢之路傳入西方,對剛經歷過黑暗的中世紀的歐洲文藝復興時期的數學發(fā)展,起到了不可估量的影響,正是中國算法與古希臘幾何學的結合,導致了解析幾何學的產生,為常量數學轉變?yōu)樽兞繑祵W做出了貢獻。
隨著當今計算機技術的高速發(fā)展,數值計算的軟件功能也變得越來越強大,F今,在業(yè)界“橫行霸道”的綜合性軟件是Matlab,另外以符號計算著稱的Maple和Mathematica這幾年在數值計算上也有長足的發(fā)展。這就使得我們面對的一些數值計算問題變得非常簡單,即只用軟件的一條命令,輸完命令代碼,輕敲回車,所需數值結果就會出現在我們的視野里。比如,我們可以用Maple或者Matlab的命令solve(equation,x)求解本書要介紹的高次方程的數值解問題。當然,現在一些科學計算器也能解決一些簡單的數值計算問題,如我們可以利用計算器上的x(n)按鈕進行開方運算。但是,無論是從知識的獲取和綜合素質的提高,還是就算法本身來講,了解數學軟件或計算器后臺使用的算法形成和發(fā)展過程,對學習者來說都是大有裨益的。為此,我們需要回到歷史的維度中重新審視這些算法的發(fā)展過程。
在整個世界數學發(fā)展的長河中,中國數學有其獨特的地位。公元前24世紀左右開始的兩河流域的數學和公元前1世紀左右開始的尼羅河流域數學最先發(fā)展起來。公元前7世紀起,希臘地區(qū)發(fā)達的數學開始取而代之。約公元前3世紀至公元14世紀初,中國取代古希臘成為世界數學研究的中心,之后印度和阿拉伯地區(qū)的數學也發(fā)展起來。歐洲數學度過了中世紀的黑暗之后,隨著14世紀至16世紀的文藝復興,17世紀中葉之后開始進入變量數學時代。從此,歐洲以及20世紀的蘇聯、美國一直占據著世界數學研究的中心位置。
另一方面,在歷史長河中,數學機械化算法體系與數學公理化演繹體系曾多次反復,互為消長,并且交替成為數學發(fā)展的主流。從公元前2、3世紀至14世紀初,中國數學以極具東方色彩的算法特征取得了很好的發(fā)展。正是以中國數學為源頭和重要組成部分的東方數學傳到歐洲后,遇到了發(fā)掘出來的古希臘數學,二者的有機結合導致西方數學模式和數學家數學觀的改變。他們開始重視數學計算,促使了幾何問題的代數化,這些工作鑄就了文藝復興后歐洲數學的繁榮,并開辟了通向解析幾何和微積分的道路。
段耀勇(1969年6月),男,漢族,山東濟南人,理學博士,中國人民警察大學教授。2004年畢業(yè)于中科院自然科學史研究所并獲理學博士學位,2007年晉升為教授,專業(yè)技術二級警監(jiān)。參加國際、國內學術會議30次,發(fā)表60多篇學術論文。主持或參加了科技部、國家自然科學基金項目,教育部等項目共計30余項。本書得到了國家自然科學基金(項目編號:11701446)的資助。
第一章 中國古代開方算法前的替代算法:盈不足術
一、緣起:生活中開方的例子
二、中國古代開方算法前的替代算法:盈不足術
第二章 《九章算術》及劉徽注中的開方
一、《九章算術》與劉徽
二、開平方和開帶從平方
三、開立方及中國開方算法的特點
第三章 開方術的發(fā)展(一):從開帶從方到賈憲三角與立成釋鎖開方法
一、從《九章》到祖沖之和王孝通的開帶從方
二、賈憲三角與立成釋鎖開方法
第四章 開方術的發(fā)展(二):增乘開方法即霍納算法
一、賈憲的增乘開方
二、秦九韶對增乘開方法的發(fā)展:正負開方
第五章 珠算開方:具有中國特色的開方算法
一、算盤與珠算
二、珠算開方的產生和發(fā)展
三、明清數學家及其珠算開方舉例
第六章 開方算法與高次方程根的討論
一、一元方程只求一個正根
二、對高次方程的認識
第七章 基于開方術的高次方程多個根的解法
一、清朝數學家對高次方程多個根的認識
二、基于開方法的高次方程多個根的解法
第八章 從開方算法看中國古代數學的特征和意義
一、中國古代數學的特征
二、中國古代數學的地位和意義