沒有阿拉伯數字、英文字母和希臘字母,古代中國的數學是什麼樣的情況?

2021-03-01 數學加油吧

其實漢語數字「一二三」之類本身直接用作記數符號也足夠了,筆畫少,組合規則簡單直觀,有數位概念。歐洲語言那是因為本身數字表達方法太麻煩,不得不藉助別的符號。比如羅馬數字 9 要寫成 IX,相當於 10-1,法語的 99 要說成 4×20+10+9(quatre-vingt-dix-neuf)之類。漢字直接寫下來可以跟阿拉伯數字一一對應,說白了系統一致,只是符號形狀不同。

不過中國古代一般不是直接用漢字,而是用「數碼」來記錄數字。

「數碼」是對「算籌」擺出的形狀的描繪。算籌就是一根一根的小竹籤,擺在地上代表數字,把這種竹籤的形狀描到紙上,就是數碼。算籌是唐宋乃至更早的時期廣泛使用的計算工具。「運籌帷幄之中,決勝千裡之外」中的「籌」就是指的算籌。算籌也叫「算子」,《射鵰英雄傳》中的神算子瑛姑用的就是這個。算籌的擺放規則很容易看出,一根就代表一,兩根平行放就代表二,三根代表三,四根代表四,那麼五用什麼代表?兩根交叉即可。六是上面一根,下面在垂直方向再放一根。七是上面一根,下面在垂直方向再放兩根。八九以此類推。每個數字有橫式和豎式兩種寫法,長數字的時候橫豎交替使用,不容易與相鄰的弄混。其實漢字數字的形狀大體也是由這些數碼演變過來的。比如「五」:在數碼五的叉叉上下各加了一橫(一種常見的附加筆畫,有點類似「襯線」),把傾斜的叉叉變得橫平豎直就成了「五」。而更接近數碼形狀的「㐅」「 」兩字是「五」的異體字,在康熙字典有收錄。
總之漢字的形狀演變了,而數碼基本保持算籌的原始形狀。各個數學家對數碼的具體寫法可能有出入,不過總體是大同小異。「0」的概念,中國數學中早就有,最初是用空一位來表示,至遲到宋代,已用圓圈「〇」來表示了。正負數的概念也是一早就有了。用實物的話,一般用紅色算籌代表正數,黑色算籌代表負數。寫在紙上的數碼,有的是直接在數字後面用漢字標明正負,有的是在負數上加一道斜劃。分數、小數也毫無壓力。分數基本就跟現在一樣,中間劃道線,上面寫分子,下面寫分母。小數的處理各位數學家有所不同,一般是個位數對準,有的在個位數下面加注單位。上圖是南宋大數學家秦九韶所著《數書九章》中的「遙渡圓城」題中的算式(據「宜稼堂叢書」本),左邊的部分相當於這樣一個方程式:可以看出,中國傳統數學的寫法相當於把現代的方程式逆時針旋轉了90度,最上方是等號右邊的「0」,下面是常數項,然後從上往下依次從低次項寫到高次項。旁邊有漢字附註,「正」「負」表明正負數,「虛」說明這一項是空的(沒有),「實」表示常數項,「方」表示一次項的係數,「隅」表示最高次項的係數,「星廉」「行廉」等是其他各項的係數,可以想見,中國古代數學家給各次方都起了一個獨特的名字。為0的項既用了「〇」,又在後面註明了「虛」。這題的答案是三。上圖是《數書九章》中的「均貨推本」題中的「首圖」與「次圖」(據「宜稼堂叢書」本),它的上半部分相當於這樣一個矩陣:(相當於把現代寫法的矩陣逆時針旋轉 90 度再左右鏡像一下?)常數項寫在最上面,其他各項從上往下依次寫。最上面是 4 個 10600。下半部分是對上半部分的變換。明代數學家使用筆算已經非常成熟了,民間則是珠算十分興盛。當時歐洲的筆算整體上不如中國先進,沒有負數符號,小數記法極為繁瑣。歐洲的加減號出現於 15 世紀,乘除號出現於 17 世紀,等號發明於 1557 年,正負號的使用也在 17 世紀,小數點由 Napier(1550-1617)發明。17 世紀之後,歐洲的筆算才由早期逐漸進入近代。但是明朝仍然積極關注世界其他地方的學術進展,翻譯出版了一些關於西方數學的書籍,數學家孫元化、梅文鼎等都比較了中西演算,推崇西法的一些優點,將之與中國傳統演算法相結合。此時的中國並不固步自封,而是提倡學術交往、關注世界潮流,西方有了新的進展,在中國也會很快有翻譯、介紹。然而到了清代,中國人已經根本不知道籌算為何物,連國家欽天監的天算家都不知道,當他們在朝鮮見到算籌時感到萬分驚奇,其震驚大概不下於在朝鮮見到翻版華夏衣冠吧。筆算基本陷於停滯乃至倒退的狀態。直到清末西方新式筆算再次傳入中國,1900 年左右開始使用印度-阿拉伯數字,中國傳統筆算完全被西方筆算系統所取代。

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