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古代数学家有多牛?算圆周率、解高次方程比西方早千年

先问你一个冷知识:你高中时背得头大的高次方程解法、球体积公式,还有从小听到大的圆周率,其实中国古人早就玩明白了,甚至比西方早了几百上千年。别觉得古代只有会写诗的才叫牛人,这群搞数学的奇人,算出来的成果能让现在的理科生看了都要喊一声“祖师爷”。

古代数学家有多牛?算圆周率、解高次方程比西方早千年

第一个给圆周率“定边界”的三国奇才

你要是以为最早算圆周率的是祖冲之,那就小看古人的内卷程度了。早在三国时期,有个叫刘徽的冷门大神,就给圆周率的计算开了个挂。

之前古人算圆周率,一直粗略用“径一周三”,也就是π=3,误差大到没边。刘徽看着不满意,直接发明了个“割圆术”:把一个圆切成正六边形,再切成正十二边形、正二十四边形……切得越细,多边形的周长就越接近圆的周长。

他愣是靠手里的算筹,一路割到了正3072边形,算出π≈3.1416,还直接扔下一句狠话:“割之弥细,所失弥少,割之又割,以至于不可割,则与圆周合体而无所失矣。”这话放到现在,就是极限思想的雏形,比西方早了一千多年。

更牛的是,他还给《九章算术》做注,把里面零散的数学题整理出了完整的逻辑体系,什么负数运算法则、勾股定理的证明、分数通分约分,全是他理顺的。说他是中国古代数学的“奠基人”,一点都不夸张。

把圆周率算到世界第一的父子档

刘徽开了头,后来的数学家直接把割圆术卷到了天花板,这就是大家最熟悉的祖冲之,还有他儿子祖暅。

南北朝时期的祖冲之,看着刘徽的成果觉得还能再往前走走,就接着割圆。你想想,当时没有计算器,全靠小木棍一样的算筹摆来摆去,要算到小数点后七位,得算到正多少边形?答案是24576边形。

他最后算出圆周率在3.1415926和3.1415927之间,这个纪录,全世界保持了近一千年,直到15世纪才被阿拉伯人打破。

儿子祖暅更绝,直接解决了刘徽没搞完的球体积计算问题,提出了“祖暅原理”:“幂势既同,则积不容异”,也就是两个高度相同的物体,要是每个横截面的面积都相等,体积就一样。这个原理,欧洲人直到17世纪才由卡瓦列里提出来,比祖暅晚了一千一百多年。

更可惜的是,父子俩写的《缀术》,在唐代还是国子监的数学教材,据说要学四年才能懂,后来居然失传了,不然说不定中国古代数学还能再上几个台阶。

解高次方程比西方早三百年的南宋“官二代”

要是前面两位还算是你眼熟的,接下来这位秦九韶,绝对是被严重低估的大神。他是南宋的官宦子弟,年轻时学过武术、当过兵,后来当官断案,业余时间搞数学,直接搞出了个世界级的成果。

他写了本《数书九章》,里面的“正负开方术”,能随便解三次、四次甚至十次的高次方程,不管系数是正的负的都能算。而西方直到1801年,才由数学家高斯提出类似的解法,比秦九韶晚了500多年。

还有他的“大衍求一术”,也就是一次同余式组解法,解决了“一个数除以3余2,除以5余3,除以7余2,求这个数”的经典问题,这个成果,西方也是直到18、19世纪才由欧拉和高斯搞明白,后世直接把这个定理叫“中国剩余定理”。

就这么个牛人,当时人觉得他搞数学是“不务正业”,要不是《数书九章》留了下来,他的成果说不定就埋在历史里没人知道了。

把数学做成“通用公式”的元代怪才

到了元代,还有个叫李冶的数学家,直接搞出了古代的“代数符号体系”,叫“天元术”

之前古人列方程,全靠文字描述,什么“假令有圆田一段,余步若干”,说半天才能把题目说清楚。李冶直接发明了用“天元”代表未知数,相当于现在的x,列方程的时候直接写“天元一为某某”,然后按照规则推导就行,效率直接提升了好几倍。

他写的《测圆海镜》,整本都是用天元术解几何题,总共170道题,全是用设未知数列方程的方法解的,是中国第一本系统讲天元术的书。后来天元术传到阿拉伯,又传到欧洲,慢慢演变成了现在的代数符号体系。

有意思的是,元朝皇帝曾经召他去当官,他干了没多久就辞职了,躲在山里给人讲数学,学生多得门槛都踏破了,谁说古代搞数学没人追的?

很多人总觉得中国古代只有人文没有科学,其实看看这些数学家的成果就知道,我们的理科天赋早就点满了。他们在没有计算器、没有公式参考的年代,靠着几根算筹、一脑子想法,算出了领先世界上千年的成果。要是当时数学能和诗词一样受重视,说不定现在的数学课本里,还能多好多中国人的名字呢?你上学的时候,还听过哪些古代数学家的故事?

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