中國古代傑出的數學家和教育家楊輝 走進無限美妙的數學世界

2020-12-05 丁川是個老師

楊輝(公元1127年~1279年),字謙光,中國南宋末年錢塘人。中國南宋時期傑出的數學家和教育家。

楊輝撰寫數學著作甚多,有關數學的著作就有五種二十一卷,其中包括《詳解九章算法》十二卷(1261年)、《日用算法》二卷(1262年)、《乘除通變本末》三卷(1274年)、《田畝比類乘除算法》二卷(1275年)、《續古摘奇算法》二卷(1275年)。

楊輝最主要的貢獻主要是在以下幾個方面,首先他在《九章算法纂類》中記載有賈憲「增乘開平方法」、「增乘開立方法」;然後繼沈括研究「隙積術」之後,研究了「垛積術」,即關於高階等差數列的解法!同時他還非常注重數學的普及教育,他的許多著作都是為此而編寫的教科書。

楊輝在自己的《詳解九章算術》一書中,把賈憲的這張畫詳實地記錄了下來。後來人們發現,這個大三角形不僅可以用來開方和解方程,而且與組合、高階等差級數、內插法等數學知識都有密切關係。在西方,直到16世紀才有人在一本書的封面上繪出類似的圖形。法國數學家帕斯卡在1654年的論文中詳細地討論了這個圖形的性質,所以在西方人們稱之為「帕斯卡三角」。

楊輝的《詳解九章算術》記錄了「賈憲三角」

楊輝對數學的一個重大貢獻就是在他的著作中《詳解九章算術》詳實地記錄了賈憲的「開方作法本源圖」,這為中國最早發明的「賈憲三角」的方法提供了有力的證據。

在學習整理前人的數學成就的過程中,楊輝得到一本好書《黃帝九章算法細草》,現已失傳。這本書是北宋數家賈憲寫的,裡面有不少很了不起的成就,賈憲按照書中的樣子描畫了一張圖,叫作「開方作法本源圖」。

楊輝是世界上第一個排出豐富的縱橫圖和討論其構成規律的數學家。關於他的這一成就,還流傳著一段有趣的故事。

一天台州府的地方官楊輝乘轎出外巡遊,一路上,前面有銅鑼開道,後面有衙役跟著,很是威風。而坐在轎中的楊輝不時地撩起轎簾,觀看著路邊的風光景色和田地裡的莊稼,想著今年的年景。

走著、走著,只見開道的鏜鑼停了下來,前面傳來一個孩子的喊叫聲,接著是衙役大聲的訓斥聲。楊輝忙問怎麼回事,差人來報:「這孩子不讓我們過,說等他把題目算完後才讓走,要不就繞道。」

楊輝一看來了興趣,連忙下轎走上前來。衙役忙問:「是不是把這個小孩哄走?」楊輝摸著孩子頭問:「為何不讓本官從此處過呀?」小孩回答:「不是不讓過,我是怕你們把我的算式踩掉了,我就想不起來了。」「什麼算式?」「就是把1到9的數字分三行排列,不論直著加,橫著加,還是斜著加,結果都是等於15。我們先生讓下午一定要把這道題做好。我正算到關鍵之處。」

楊輝連忙蹲下身,仔細地看那孩子的算式,覺得這個數字,曾經在哪兒見到過。仔細一想,原來是西漢學者戴德編纂的《大戴禮》書中所寫的文章中提到過。

楊輝和孩子兩人一起算了起來,直到天已過午,結果都算出來了,他倆才舒了一口氣。然後他們又驗算了一下。在這張表中,各行、各列或對角線上的三個元素相加均為15。

把1到9的數字分三行排列,不論直著加,橫著加,還是斜著加,結果都是等於15。

孩子望著這位慈祥和善的地方官說:「耽擱你的時間了,到我家去吃飯吧!」楊輝一聽,說:「好,好,下午我也去見見你先生。」 孩子望著楊輝,淚眼汪汪,楊輝心想,這一定是有什麼原因。他便態度溫和地問孩子:「到底是怎麼回事呀?」

孩子告訴楊輝:原來他並沒有上學,因為他的家中窮得連飯都吃不飽,哪有錢供他去讀書呢!孩子說,他每天給地主家放牛,當先生給學生上課時,他就悄悄地躲在教室的窗外偷聽,今天上午先生出了這道題,他就在這路上認真地計算起來。

楊輝聽了之後,十分感動。這個孩子小小年紀就知道這樣努力地學習知識,實在不易。便對孩子說:「這是10兩銀子,你拿回家去吧。下午你到學校去,我在那兒等你。」下午,楊輝帶著孩子來到學校,他把這孩子的情況跟先生說了一遍,又掏出銀兩,為孩子交了學費。從此這個孩子才能夠正式地坐在教室裡跟先生學習,孩子的家人對楊輝更是感激不盡。

教書先生對楊輝的清廉為人非常敬佩,於是他們一起談論起數學。楊輝說道:「方才我和孩子做的那道題好像是《大戴禮》書中的?」 先生笑著說:「是的,《大戴禮》雖然是一部記載各種禮儀制度的文集,但其中也包含著一些數學的知識。這個就是我給孩子們出的數學遊戲題。」先生看到楊輝疑惑的神情,又說道:「南北朝的甄鸞在《數術記遺》一書中就寫過:「九宮者,二四為肩,六八為足,左三右七,戴九履,一五居中央。」楊輝默念一遍,發現他說的正與上午他和孩子擺的數字是一樣的,便問道:「你可知道這個九宮圖是如何造出來的?」 教書先生也不知出處。

編者註:上面「九宮者,二四為肩,六八為足,左三右七,戴九履,一五居中央」叫九宮訣,口訣形象地比喻成一個人,2和4為雙肩,6和8為雙腳,3和7為雙手,帽為9,鞋為1,5在中央。

楊輝回到家中,反覆琢磨,一有空閒就在桌上擺弄著這些數字,終於發現一條規律。他把這條規律總結成四句話:「九子斜排,上下對易,左右相更,四維挺出。」就是說:一開始將九個數字從大到小斜排三行,然後將9和1對換,左邊7和右邊3對換,最後將位於四角的4、2、6、8分別向外移動,排成縱橫三行,就構成了九宮圖。

按照類似的規律,楊輝又得到了「花16圖」,就是從1到16的數字排列在四行四列的方格中,使每一橫行、縱行、斜行四數之和均為34。後來,楊輝又將散見於前人著作和流傳於民間的有關這類問題加以整理,得到了「五五圖」、「六六圖」、「衍數圖」、「易數圖」、「九九圖」、「百子圖」等許多類似的圖。楊輝把這些圖總稱為縱橫圖,並於1275年寫進自己的數學著作《續古摘奇算法》一書中,並流傳後世。

其實不只是在古代,在二十世紀初的各個學科,我國那個時候也湧現出了一大批影響深遠的科學家,如錢學森、李四光、鄧稼先、錢偉長、楊振寧 、李政道等等,而他們的共同特點就是都有深厚的數學基礎。為什麼在那個戰亂橫飛的年代,他們會有如此好的數學基礎?這得益於民國時候紮實的數學教育,其中不乏教育名家,而這其中最有名的是劉薰宇。

而劉薰宇與普通教育者最大的不同就是他會講故事,比如他講的這個故事。

某個書生娶了一個富家千金,經常被老婆訓。後來這個書生中了狀元當了官,但他的老婆還是經常訓他。他就跟他老婆說,我現在當了官,你怎麼還訓我。他的老婆機智的回答到:「虧你還是狀元,連水漲船高的道理都不懂。你看,如果男人是當官的,生下來的女兒就是千金小姐,男人要是挑大糞的,生下來的女兒就是丫頭。等她嫁人後,如果嫁的男人是大官,她就變成了官太太,如果嫁的是農戶,那麼她就變成了一個農婦。這就是數學上的函數,男人是x,女人是y,y總隨x改變。

一個故事把函數講得生動有趣,這樣的例子在他的書中比比皆是。他一生論著頗豐,深受人們喜愛,很多人正是讀了他的書才喜歡上了數學,其中就有我國著名物理學家楊振寧。

楊振寧在一次講學中說道,他在很小的時候,偶然接觸到了一位叫劉薰宇寫的書,看了後他愛不釋手,書非常有趣,通俗易懂,看了他寫的一個智力測驗的文章,我才知道什麼是奇偶排列。他說劉薰宇寫一篇,我就讀一篇,他的文章非常有誘惑力,而誘惑我的就是他裡面講的故事。

劉薰宇先生是中國著名的數學家和教育家,他非常擅長進行教孩子數學,中國那個年代的科學大師,幾乎都受過他的影響。

因此,他所著的幾本數學書聲名遠播,現在很多家長都買來給孩子看,以培養孩子的數學興趣。這些作品與教科書不同,劉薰宇說:「在嬉皮笑臉中來談點嚴肅的數學法則」,這樣的寫法很得著名藝術家豐子愷的稱讚。

劉薰宇的論著特點之一就是:說理淺明,以趣味豐富的文字寫枯燥的算理。所以,他的科普著作深受人們的喜愛,今天推薦的這套豐富、有趣的數學書籍。

推薦《給孩子的數學三書》這個書適合小學生以及初中生,可以作為他們的自學教材。讓他們對數學產生濃厚的興趣,從而能夠自我學習,提高數學成績。

因為是我們中國本土數學家寫的,所以裡面有很多中國的數學妙題。比如什麼是「八仙過海」、「韓信點兵」等等。

所以,大家可以給自己的孩子看看激勵了世界最牛物理學家的數學啟蒙書——劉薰宇先生的《給孩子的數學三書》。最主要的是現在大家都不能出門的情況下,給孩子好好補補數學,讓孩子愛上數學,考出好成績。點擊下面商品卡參團:

原本非常抽象且枯燥的數學內容,劉薰宇老師全部用通俗易懂、簡潔的語言概括出來,學生一看就懂,學習過程很輕鬆。

這本書比前兩本更加經典,全都是劉薰宇總結出來的經典題集,包括學生們經常搞不懂的函數、微分、積分之類,主要講這些題集的概念和運算的基本原理。

好書不會變老,一代一代的人總會不斷地去閱讀。劉薰宇的科普著作影響了那個時代的人們,雖然距今已有七八十年之久,但也很值得當代人去閱讀,尤其作為當今中學生的課外讀物頗有價值。能夠讓人感知數學知識可以是有趣的,也應該是有趣的,學習數學知識並不是苦差事。

這裡特別要敬告家長們,就算有了《數學三書》,孩子玩手機和其他電子產品的時間也需要嚴格控制,因為書再有趣,也不如遊戲對孩子的吸引力大。

興趣越早培養越好,現在許多地方都已經開學,不妨將孩子的手機換成這套《數學三書》,這套《數學三書》或許會成為孩子人生中一個至關重要的轉折點,希望她能陪伴您的孩子度過一段充實而又有無限趣味的學習時光!未來的某一天,孩子終會認識到這套書的強大。

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