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古代中国人与希腊人的数学对话

时间:2023-11-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:2400年前的希腊数学家毕达哥拉斯称这样的数1,1+2,1+2+3,1+2+3+4,等等为三角数。无独有偶,中国人也是用这方法找出Sn的值。他的计算方法和以上的说明是一样的。毕达哥拉斯和门徒们发现了三角数的一个性质:任意两个连续三角数的和是一个平方数。)的希腊科学家阿基米德早已知道这两个和的公式是:12+22+32+…+n)2可是在阿基米德以后的希腊数学家想要知道14+24+34+…+n4的和的公式,却是无能为力。

古代中国人与希腊人的数学对话

2400年前的希腊数学家毕达哥拉斯称这样的数1,1+2,1+2+3,1+2+3+4,等等为三角数(Triangular number)。他和他的门徒用1个圆球代表1,并且把三角数用下面的图形表示:

一般我们用Sn来表示1+2+3+…+n的值。现在要知道Sn的数目,我们可以设想有另外一个Sn(这里用白圆球来表示),把它倒放,并和原来的Sn靠拢拼合起来;我们就得到一个菱形(图二,这里n是等于4的情形),总共有n行,每一行有n+1个圆球,所以全部有n(n+1)个圆球。这是两个Sn,因此一个Sn应该是n(n+1)/2。

无独有偶,中国人也是用这方法找出Sn的值。宋朝数学家杨辉,他考虑由草束堆成的尖垛,顶层是一束,从上到下逐层增加一束,如果知道底层的束数,就可以算出全部草束的总数。他提出的一个问题是:“今有圭垛草一堆,顶上一束,底阔八束。问共几束?答:36束。”他的计算方法和以上的说明是一样的。

毕达哥拉斯和门徒们发现了三角数的一个性质:任意两个连续三角数的和是一个平方数。用图形表示是:

读者可以用公式对以上的性质给出证明。(www.xing528.com)

很容易联想到的一个问题:是否12+22+32+…+n2,以及13+23+33+…+n3也能找到简单公式来算它们的和?

据说那个在澡堂里发现了“浮力定律”而忘记自己仍旧是赤身露体奔跑在街道上高喊着“Eureka!Eureka!”(我已发现了!我已发现了!)的希腊科学家阿基米德(Archimedes,公元前287—公元前212)早已知道这两个和的公式是:

12+22+32+…+n2=n(n+1)(2n+1)/6

13+23+33+…n3=(1+2+…+n)2

可是在阿基米德以后的希腊数学家想要知道14+24+34+…+n4的和的公式,却是无能为力。这个和的公式要在1000年后11世纪的阿拉伯数学家Alhean时才知道。

我们问一个问题:对于任何m≥3,是否有一般的公式表示1m+2m+…+nm的和呢?

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