数学领域形成时期小结

它又可以分为两个阶段：萌芽阶段和形成阶段，数学从零星知识成为科学体系。

萌芽阶段(公元前221年秦统一以前)

从古代传说、古书记载和考古发现中可以推断，我们的祖先从上古的未开化时代开始，经过许多世代，积累了长期的实际经验，数量概念和几何概念才得到了发展。《易经》(约公元前一千)中《系辞传》上说：“上古结绳而治，后世圣人易之以书契”。结绳和书契(刻木或刻竹)是非文字记载的两种主要记数(或记事)方法。

这个“上古”早到什么时候，众说不一。现在看来，在新石器时代早期已普遍结绳记数，稍后便出现了书契。在西安半坡遗址中，发现多种类型的陶器及大量陶片。研究表明，约6000年前的半坡人已具有了圆、球、圆柱、圆台、同心圆等几何观念。陶片上已有了相当于5、6、7、8、10、20的数字刻画符号。

二十世纪七十年代，我国在陕西临潼姜寨遗址中发现了大量陶片，上面有更多的数字刻画符号，有一些和半坡陶片上的符号一致，但多出了表示1和30的刻画符号。该遗址与半坡遗址几乎是同时代的。研究表明，大约在6000年前，原始社会的中国人至少已经掌握了30以内的自然数，而且显然是一个10进制系统。可见在我国，数目字的出现比甲骨文要早2600年，比“黄帝时代”也要早1300年左右。

伴随着原始公社的解体，私有制和货物交换已经产生。《易经·系辞传》说：“包牺氏没，神农氏作。……日中为市，致天下之民，聚天下之货，交易而退，各得其所”为了货物交换的顺利进行，人们逐渐有了统一的记数方法和简单的计算技能。

人们为了使制成的物品有规则的形状，圆的圆、方的方、平的平、直的直，创造了规、矩、准、绳。《尸子》(约公元前四世纪)说“古者，倕为规、矩、准、绳，使天下访焉”(古代传说，倕是约4500年前黄帝或唐尧时候的能工巧匠)。在汉武帝梁祠的浮雕像中，有伏羲手执矩，女娲手执规的造像。看来，在我国古代规矩的发明和使用较早，但早到什么时候，目前还没有证据可以做出结论。这对于后来的几何学的产生和发展，有很重要的意义。

由于私有制的发展，阶级的产生，奴隶社会出现了。夏代(约公元前21世纪初～约公元前12世纪初)是私有制确立和巩固的时期，产生了农业和手工业的分工，出现了从事各种手工业(如陶器、青铜器、车辆等等)生产的氏族。手工制造、农田水利、制订历法都需要数学知识和计算技能，人们关于几何形体和数量的认识必然有所提高。

到了商代(又称殷代，约公元前17世纪～约前11世纪)，奴隶主的国家正式确立，开始了比较发达的殷商文化。殷人用10干和12支组成甲子、乙丑等60个日名用来纪日。为了适应农业生产，殷人又有一定的历日制度。出于货物交换的发达，殷代已有用多量的贝壳来交换物品的习惯，这种贝壳就带有一些货币的味道。1899年在河南安阳发掘出来的殷墟龟甲和兽骨上所刻的象形文字(甲骨文)中(公元前14世纪)。自然数的记法已经毫无例外地用着10进位制，最大的数字是3万。

公元前11世纪末，周人灭殷(商)后，在原有氏族制度的基础上建立一个文明国家—周(约公元前11世纪～公元前256年)，奴隶制经济获得进一步的发展。在政治经济上有实力的氏族贵族组织成了强大的政治集团，其中有所谓“士”的阶层是受过礼、乐、射、御、书、数六艺训练的人。“数”作为六艺之一，开始形成一个学科。用算筹来记数和四则运算，很可能在西周(约公元前11世纪～公元前771年)时期已经开始了。

东周时期开始利用铁器，生产力逐渐提高，生产方式有所改变。从春秋以来，奴隶制的农村公社逐渐瓦解。由于各国畴人的努力，天文、历法工作有了显著成就。战国时期，奴隶制度逐渐破坏，封建制度逐渐建立起来。算筹是我国古代人用的计算工具。“筹”就是一般粗细，一般长短的小竹棍，用算筹进行计算叫做筹算。到春秋战国时期，人们已经能熟练地进行筹算。

《墨经》(约公元前400年)中的点、线、面、方、圆等几何概念，为理论数学树立了良好开端。战国时齐国人撰写的《考工记》(约公元前300年)记有尺寸的分数比例、角度大小的区分、标准容器的计算等。在古书《荀子》、《管子》中有关于“九九”乘法口诀的记载。《春秋》一书记录看“初税亩”，这说明在此以前已有测量田亩面积和计算的方法。《庄子·天下篇》称“一尺之棰，日取其半，万世不竭”，说明已有了极限观念。《史记》记载了齐威王与田忌赛马的故事，可作为对策论在中国的最早例证。

形成阶段

从公元前221年至公元755年(即从秦始皇二十六年至唐玄宗天宝十四年)，以《九章算术》为中心的中国传统数学体系形成，这期间的著名数学家有刘微、祖冲之、祖搄等。主要的数学成就可以概括在“算经十书”中，主要内容有：分数的应用、整数勾股形的计算、正负数运算、开平方约零术、解联立方程组、几何图形的面积、体积的计算以及数学制度的确立等等。(www.xing528.com)

《周髀》是一部汉代人撰写的古人讨论“盖天说”的书，是我国最古老的天文学著作。“髀”的原意是股或股骨，这里意指长8尺用来测量太阳影子的表。这本书的内容记述了周代的问题，所以叫做《周髀》，它的成书时间大约在公元前100年(或稍晚一些)。其中第一章叙述了西周开国时候，周公同一个名叫商高的数学家的一段问答。商高在答话中提到了“勾三、股四、弦五”(即商高定理)。关于《周髀》有两点值得注意：一是用文字表示的复杂的分数计算；二是关于勾股定理和用勾股定理测量的记载，这些在世界上都是比较早的。

见于《汉书艺文志》著录的杜忠的《算术》、许商的《算术》两部数学书，早已失传。现在有传本的、最古老的中国数学经典著作之一是《九章算术》，共九卷。一般认为它是东汉初年(1世纪)编纂成的。书中总结了周朝以来的研究成果，收集了246个应用问题和解题方法。

《九章算术》的出现标志着中国数学体系开始形成。魏末晋初刘徽撰《九章算术注》十卷(3世纪)，现在有传本。他还著《海岛算经》(又叫《重差术》)，书中运用几何知识测量远处目标的高、远、深、广，刘徽的数学理论具有世界意义。

《周髀》和《九章算术》是中国数学的第一批奇葩。南北朝时祖冲之(5世纪)曾注《九章》，造缀述数十篇。他与儿子祖搄合撰《缀术》六卷(已佚)，在数学方面有辉煌成就。

西晋以后、隋以前(4世纪初到7世纪初)的算术书，现在有传本的，如《孙子算经》(包括算筹计算法则，计算题举例)、《张邱建算经》(包括等差级数、二次方程、不定方程等问题的解法)、《五曹算经》(叙述田亩面积、军队给养、粟米互换、租税、体积、交易等计算方法)等，都是北方人的著作。它们收集了当时人民生活中所遇到的数学问题，总结了当时的数学成果，虽属浅近易晓，但对数学教育的普及和后来的数学发展，起了很大的作用。

在《孙子算经》中有一个千古名题，卷下“物不知数”问：“今有物，不知其数。三、三数之剩二；五、五数之剩三；七、七数之剩二。问物几何?”答曰：“二十三”，这是一个一次同余式组问题。书中给出了这一问题的解法(“术曰”)：N＝70×2＋21×3＋15×2－105×2＝23。

后人为它编了一个口诀：“三人同行七十稀，五树梅花二十一，七子团圆正半月，减百零五便得知”。解的这种构设性使之容易推广到更一股的情形，即孙子的解法实际上可概括为“剩余定理”。

1852年英国传教士伟烈亚力著文介绍孙子剩余定理，引起了欧洲学者的重视。在西方数学史著作中，一直把孙子的剩余定理称为“中国剩余定理”。

《张邱建算经》提出了另一个数学史上的名题，通常称为“百鸡问题”。卷下第三十八题“今有鸡翁一值钱五；鸡母一值钱三；鸡雏三值钱一。凡百钱买百鸡，问鸡翁母雏各几何?”这是一个不定方程问题，有三组答案。书中说：“鸡翁每增四、鸡母每减七，鸡雏每益三，即得”。

虽然不定方程在《九章算术》中已有记载，但是一题数答却始自《张邱建算经》，这一影响一直持续到19世纪。“百鸡问题”曾传入印度，出现在摩珂呲罗(9世纪)和巴斯卡拉(12世纪)的著作中。

在隋朝，刘焯结合天文学的发展，创立了等间距二次内插法计算日、月的位置。王孝通结合土木工程的发展，建立了三、四次方程，并给出了求其正根的解法。刘焯的《皇极历》(600年)和王孝通的《缉古算术》(又叫《缉古算经》)是数学发展中的两个重大成就。

唐朝继承了隋朝的科举制度，在唐初的科举制度里，特设“明算”科，举行数学考试。国子监里也设立“算学”，教学生学习数学。李淳风等人选定数学课本时，认为《周髀》是一个最宝贵的数学遗产，将它作为“十部算经”的第一种书，并给它一个《周髀算经》的名称，第二部算经便是《九章算术》。其他八部算经是：《海岛算经》(公元3世纪，刘徽著)；《孙子算经》(约公元4～5世纪)；《夏候阳算经》(公元5世纪，夏候阳著，用乘除快算方法解日常生活中的应用题)；《张邱建算经》(公元5世纪，张邱建著)；《缀术》(公元5世纪，祖冲之著)；《五曹算经》、《五经算经》(公元6世纪，均为甄鸾著)；《缉古算经》(公元7世纪，王孝通著)。李淳风等人奉皇帝令于656年完成校注和编定“算经十书”。后来《缀术》失传，用2世纪徐岳著、6世纪甄鸾注的《数术记遗》代替。

在这个时期，中国数学在许多方面居于世界最前列。例如《九章算术》“方程”章中用到正数和负数，这是人类文明中最早出现的负量概念，比印度早700多年；关于多元联立一次方程的解法，已经类似于西方19世纪初期的方法了。在圆周率的计算方面，刘徽和祖冲之的工作是很突出的。祖冲之的计算得出3．1415926＜π＜3．1415927，使我国在这方面领先了1000年。祖搄关于两个几何体的体积相等的“祖搄原理”，比意大利卡瓦列利的相同原理早1200年。《孙子算经》中的“物不知数”的解法更比西方早1300年。