1524年,嘉靖三年,明朝数学家王文素出版的《算学宝鉴》中,已经出现了“导数”概念,预示着中国古代数学距离微积分只有临门一脚。
如今,谈及古代数学,很多人言必称古希腊、言必称苏美尔、言必称欧洲,而对中国不屑一顾,但实际上中国古代数学非常发达,真正落后于欧洲是在清朝之后。其中,与古希腊、苏美尔那种空中楼阁式的先进数学观不同,中国是一步一个脚印,与解决现实问题紧密相连。
新世纪后,在古代数学探究上,中国又取代一个重大发现,即发现了战国“算表”,比欧洲类似的数表早了近1800年。更为重要的是,该算表不仅反映了中国先秦数学的发达,而且还非常具有实用性。2017年,该算表被吉尼斯世界纪录核实认证为“人类最早的十进制计算器”。
2008年,清华大学收藏了一批战国楚简,故而被称为“清华简”,距今2300多年。虽然清华简是从境外获得,没有具体出土来源信息,但碳十四测年、以及简文内容对比等,都可以确认是真实的。当然,由于是盗掘而来的竹简,导致很多信息缺失,这不能不说是一个重大损失。
清华简的内容很多,甚至不少都改写了历史,其中有21支竹简保存相对完好,上面就记录了“算表”。经过收集整理之后发现,通过竹简交叉构成21行、20列,拼接之后就形成一个表格,表格里写有不同的数字。
该《算表》被数学史专家认定是中国国内发现最早的实用算具,利用这套《算表》,不仅能够快速计算100以内的两个任意整数乘除,还能计算包含分数1/2的两位数乘法,计算功能超过以往发现的“里耶秦简九九表”和“张家界汉简九九表”等古代乘法表。
我们都知道,中国古代计算器有“算筹”,后来演化出“算盘”,而清华简算表也被称为“算具”,不仅是中国最早的十进制实用算具,而且还是“人类最早的十进制计算器”,那么清华简算表为何被称为“算具”,到底如何计算呢?
因为古今习惯不同,介绍起来比较啰嗦,人民网《清华简《算表》:世界上最早的十进制“计算器”》一文中,清华大学历史系副主任刘国忠对此有过举例:
“比如说,古人想算15×23,就把15分解成10和5,把23分解成20和3,在最上面的一行找到10和5,分别将对应钻孔里的丝线下拉,在最右侧找到20和3,分别将对应钻孔里的丝线向左拉。两横两纵交汇,这样就在算表上形成了四个交点,四个交点对应的数字相加,就是15×23的结果了。”下图是更复杂的22.5x35.5,使用算表也能计算,其中绿色部分为小九九,黄色部分为大九九。
也就是说,利用乘法交换律原理,古人将“15×23”分解为“10x20+10x3+5x20+5x3”,然后将之计算出来。如果数字达到三位数或更大,那么可以先将其分解成两位数,然后分别计算再相加。因此,先秦古人可以计算很大的数字,而且这种计算方法在现代也适用。
除了乘法,该算表还能运算整数除法,以及对含有分数1/2的两位数进行乘法运算(简文其中一端为“半”与“半”的乘积“锱”,即四分之一),甚至有学者研究指出“可能还可以用于开方运算,但还需进一步研究探索”。
相比之下,欧洲在15世纪,才出现同样的十进制算表,因此清华简算表领先了欧洲1800余年。
最后,关于本文话题,还有三点值得一谈:
首先,清华简“算表”的背后,是先秦时已经掌握较为高深的乘除和分数运算,之后世并未停滞不前,最终在明朝达到微积分前的巅峰,长期都领先于世界。因此,不能因为数学书中很多公式理论都是以西方人命名的,然后就认为古代数学不如西方,甚至认为中国古代无数学。
其次,战国时期国家管理更精细化,私有化后交易更多,商贸更加繁盛,于是因为实际生产生活中的得失、盈亏等而产生“负数”概念,因此“算表”在这种情况下出现也非常自然,盖因实际需要。总之,中国数学发展往往与时代相适应,也更针对解决现实中的问题。
第三,与中国不同,欧洲近代才真正使用包括十进制记数体系的十进制,才接受负数概念,但古埃及、苏美尔、古希腊、古罗马都掌握高深的数学知识,而且这种数学知识远超时代需求(比如有说苏美尔能计算出15位数字),其中不少在当时又没什么用途,这一点让人费解。
参考资料:《人民网——清华简“算表”:世界上最早的十进制“计算器”》等
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