中国杰出数学家的故事
数学家的故事可以让学生了解历史上中外杰出的数学家的生平和数学成就,感受前辈大师严谨治学、锲而不舍的探索精神。今天小编在这给大家整理了数学家的故事大全,接下来随着小编一起来看看吧!
数学家的故事(一)
刘徽(约225年—约295年),汉族,山东滨州邹平市 [1]人,魏晋期间伟大的数学家,中国古典数学理论的奠基人之一。在中国数学史上作出了极大的贡献,他的杰作《九章算术注》和《海岛算经》,是中国最宝贵的数学遗产。
刘徽思想敏捷,方法灵活,既提倡推理又主张直观。他是中国最早明确主张用逻辑推理的方式来论证数学命题的人。刘徽的一生是为数学刻苦探求的一生。他虽然地位低下,但人格高尚。他不是沽名钓誉的庸人,而是学而不厌的伟人,他给我们中华民族留下了宝贵的财富。
《九章算术》约成书于东汉之初,共有246个问题的解法。在许多方面:如解联立方程,分数四则运算,正负数运算,几何图形的体积面积计算等,都属于世界先进之列。刘徽在曹魏景初四年注《九章算术注》。
但因解法比较原始,缺乏必要的证明,刘徽则对此均作了补充证明。在这些证明中,显示了他在众多方面的创造性贡献。他是世界上最早提出十进小数概念的人,并用十进小数来表示无理数的立方根。在代数方面,他正确地提出了正负数的概念及其加减运算的法则,改进了线性方程组的解法。在几何方面,提出了"割圆术",即将圆周用内接或外切正多边形穷竭的一种求圆面积和圆周长的方法。他利用割圆术科学地求出了圆周率π=3.1416的结果。他用割圆术,从直径为2尺的圆内接正六边形开始割圆,依次得正12边形、正24边形……,割得越细,正多边形面积和圆面积之差越小,用他的原话说是“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。”他计算了3072边形面积并验证了这个值。刘徽提出的计算圆周率的科学方法,奠定了此后千余年来中国圆周率计算在世界上的领先地位。
刘徽在数学上的贡献极多,在开方不尽的问题中提出“求徽数”的思想,这方法与后来求无理根的近似值的方法一致,它不仅是圆周率精确计算的必要条件,而且促进了十进小数的产生;在线性方程组解法中,他创造了比直除法更简便的互乘相消法,与现今解法基本一致;并在中国数学史上第一次提出了“不定方程问题”;他还建立了等差级数前n项和公式;提出并定义了许多数学概念:如幂(面积);方程(线性方程组);正负数等等.刘徽还提出了许多公认正确的判断作为证明的前提.他的大多数推理、证明都合乎逻辑,十分严谨,从而把《九章算术》及他自己提出的解法、公式建立在必然性的基础之上。虽然刘徽没有写出自成体系的著作,但他注《九章算术》所运用的数学知识,实际上已经形成了一个独具特色、包括概念和判断、并以数学证明为其联系纽带的理论体系。
刘徽在割圆术中提出的"割之弥细,所失弥少,割之又割以至于不可割,则与圆合体而无所失矣",这可视为中国古代极限观念的佳作。《海岛算经》一书中,刘徽精心选编了九个测量问题,这些题目的创造性、复杂性和富有代表性,都在当时为西方所瞩目。刘徽思想敏捷,方法灵活,既提倡推理又主张直观。他是我国最早明确主张用逻辑推理的方式来论证数学命题的人。
个人成就
刘徽的数学成就大致为两方面:
一是整理中国古代数学体系并奠定了它的理论基础,这方面集中体现在《九章算术注》中。它实已形成为一个比较完整的理论体系:
数系理论
①用数的同类与异类阐述了通分、约分、四则运算,以及繁分数化简等的运算法则;在开方术 的注释中,他从开方不尽的意义出发,论述了无理方根的存在,并引进了新数,创造了用十进分数无限逼近无理根的方法。
②在筹式演算理论方面, 先给率以比较明确的定义,又以遍乘、通约、齐同等三种基本运算为基础,建立了数与式运算的统一的理论基础,他还用“率”来定义中国古代数学中的“方程”,即现代数学中线性方程组的增广矩阵。
③在勾股理论方面 逐一论证了有关勾股定理与解勾股形的计算原理,建立了相似勾股形理论,发展了勾股测量术,通过对“勾中容横”与“股中容直”之类的典型图形的论析,形成了中国特色的相似理论。
面积与体积理论
用出入相补、以盈补虚的原理及“割圆术”的极限方法提出了刘徽原理,并解决了多种几何形、几何体的面积、体积计算问题。这些方面的理论价值至今仍闪烁着余辉。
二是在继承的基础上提出了自己的创见。这方面主要体现为以下几项有代表性的创见:
①割圆术与圆周率, 他在《九章算术 圆田术》注中,用割圆术证明了圆面积的精确公式,并给出了计算圆周率的科学方法。他首先从圆内接六边形开始割圆,每次边数倍增,算到192边形的面积,得到π=157/50=3.14,又算到3072边形的面积,得到π=3927/1250=3.1416,称为“徽率”。
②刘徽原理 在《九章算术阳马术》注中,他在用无限分割的方法解决锥体体积时,提出了关于多面体体积计算的刘徽原理。
“牟合方盖”说
在《九章算术 开立圆术》注中,他指出了球体积公式V=9D3/16(D为球直径)的不精确性,并引入了“牟合方盖”这一著名的几何模型。“牟合方盖”是指正方体的两个轴互相垂直的内切圆柱体的贯交部分。
方程新术
在《九章算术 方程术》注中,他提出了解线性方程组的新方法,运用了比率算法的思想。
重差术
在自撰《海岛算经》中,他提出了重差术,采用了重表、连索和累矩等测高测远方法。他还运用“类推衍化”的方法,使重差术由两次测望,发展为“三望”、“四望”。而印度在7世纪,欧洲在15~16世纪才开始研究两次测望的问题。刘徽的工作,不仅对中国古代数学发展产生了深远影响,而且在世界数学史上也确立了崇高的历史地位。鉴于刘徽的巨大贡献,所以不少书上把他称作“中国数学史上的牛顿”。
数学家的故事(二)
贾宪,北宋人,约于1050年左右完成《黄帝九章算经细草》,原书佚失,但其主要内容被杨辉(约13世纪中)著作所抄录,因此传世。杨辉《详解九章算法》(1261)载有“开方作法本源”图,注明“贾宪用此术”。这就是著名的“贾宪三角”,或称“杨辉三角”。《详解九章算法》同时录有贾宪进行高次幂开方的“增乘开方法”。
贾宪,11世纪前半叶中国北宋数学家。贾宪是中国十一世纪上半叶(北宋)的杰出数学家,曾撰《黄帝九章算法细草》(九卷)和《算法古集》(二卷),都已失传。据《宋史》记载,贾宪师从数学家楚衍学天文、历算,著有《黄帝九章算法细草》、《释锁算书》等书。贾宪著作已佚,但他对数学的重要贡献,被南宋数学家杨辉引用,得以保存下来。
贾宪的主要贡献是创造了“贾宪三角”和“增乘开方法”。增乘开方法即求高次幂的正根法。目前中学数学中的综合除法,其原理和程序都与它相仿。增乘开方法比传统的方法整齐简捷,又更程序化,所以在开高次方时,尤其显出它的优越性。增乘开方法的计算程序大致和欧洲数学家霍纳(公元1819年)的方法相同,但比他早770年。
在中国数学史上贾宪最早发现贾宪三角形。杨辉在所著《详解九章算法》《开方作法本元》一章中作贾宪开方作法图,并说明“出释锁算书,贾宪用此术”。贾宪开方作法图就是贾宪三角形。杨辉还详细解说贾宪还发明的释锁开平方法,释锁开立方法,增乘开平方法,增乘开立方法。
贾宪的老师楚衍是北宋前期著名的天文学家和数学家,“于《九章》、《缉古》、《缀术》、《海岛》诸算经尤得其妙”。当时人王洙(997—1057)有记载:“世司天算,楚,为首。既老昏,有,子贾宪、朱吉著名。宪今为左班殿直,吉隶太史。宪运算亦妙,有书传于世。”根据《宋史·艺文志》记载贾宪著有《黄帝九章算经细草》九卷, [1]又据《明焦竑国史·艺文志》记载,著有《算法斅古集》二卷 [1] 及《释锁》,可惜均已失传。杨辉著《详解九章算法》(1261年)中曾引用贾宪的“开方作法本源”图(即指数为正整数的二项式展开系数表,现称“杨辉三角形”)和“增乘开方法”(求高次幂的正根法)。前者比帕斯卡(PascalBlaise,1623—1662)三角形早600年,后者比霍纳(WilliamGeogeHorner,1786—1837)的方法(1819年)早770年。此外,“立成释锁开方法”的给出,“勾股生变十三图”的完善,以及“增乘方求廉法”的创立,都表明贾宪对算法抽象化、程序化、机械化作出了重要贡献。
贾宪是否从事过数学教学工作,我们不得而知,但就宋初私学活跃以及数学地位而言,不能排除他传授数学知识的可能性,“宪运算亦妙,有书传于世”当可佐证。我们知道,古代学者著书立说目的之一就是教育世人,因此我们有理由探讨贾宪的数学教育思想。仔细研究细草,从中可以发现其数学教育思想的闪光之处。
数学家的故事(三)
杨辉,北京邮电大学副教授。获CCF-腾讯犀牛鸟基金 [1]。
杨辉是北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室副教授,北京邮电大学科学技术研究院副院长。2018年,杨辉入选了中国科协青年人才托举工程项目 [2]。2014年毕业于北京邮电大学通信与信息系统专业,获工学博士学位。
他构建了内容与网络跨层协同控制模型,突破数据中心与光网络间控制隔离的限制,解决了异构网络统一运维的矛盾,实现千节点规模的异构组网与灵活管控,完成跨洲应用演示,该成果获得首届中国电子学会优秀博士学位论文奖等,并发表了ESI高被引论文。设计了多维资源聚合理论与集成调度机制,刻画出异质资源关联程度的数学表征,完成频谱、应用、时间等多维资源灵活性调度,解决了数据中心互联资源利用低效的难题,获得中国电子学会技术发明奖一等奖等。提出了边缘承载融合组网方法与优化策略,率先实现射频、光谱和处理资源的软定义融合组网,将业务提供时间降低至毫秒级,解决了边缘高带宽业务响应缓慢的难题,获得中国通信学会科技进步奖一等奖和IEEE ICOCN2017青年科学家奖等。
数学家的故事(四)
秦九韶(1208年-1268年),字道古,汉族,鲁郡(今河南范县)人。 [1]南宋著名数学家,与李冶、杨辉、朱世杰并称宋元数学四大家。
精研星象、音律、算术、诗词、弓、剑、营造之学,历任琼州知府、司农丞,后遭贬,卒于梅州任所,1247年完成著作《数书九章》,其中的大衍求一术(一次同余方程组问题的解法,也就是现在所称的中国剩余定理)、三斜求积术和秦九韶算法(高次方程正根的数值求法)是有世界意义的重要贡献,表述了一种求解一元高次多项式方程的数值解的算法——正负开方术。
秦九韶,字道古。鲁郡(今河南范县)人。 [3]中国古代数学家。南宋嘉定元年(1208年)生;约景定二年(1261年)被贬至梅州,’’咸淳四年(1268)二月,在梅州辞世,时年61岁 [2]。
秦九韶其父秦季栖,进士出身,官至上部郎中、秘书少监。秦九韶聪敏勤学。宋绍定四年(1231),秦九韶考中进士,先后担任县尉、通判、参议官、州守、同农、寺丞等职。先后在湖北、安徽、江苏、浙江等地做官,1261年左右被贬至梅州,不久死于任所。他在政务之余,对数学进行潜心钻研,
他广泛搜集历学、数学、星象、音律、营造等资料,进行分析、研究。 宋淳祐四至七年(1244至1247),他在为母亲守孝时,把长期积累的数学知识和研究所得加以编辑,写成了闻名的巨著《数书九章》,并创造了“大衍求一术”。被称为“中国剩余定理”。他所论的“正负开方术”,被称为“秦九韶程序”。世界各国从小学、中学到大学的数学课程,几乎都接触到他的定理、定律和解题原则。
美国著名科学史家萨顿称秦九韶:“他那个民族、他那个时代,并且确实也是所有时代最伟大的数学家之一”。
秦九韶是鲁郡(今河南范县)人,父亲秦季槱,字宏父,绍熙四年(1193)进士,后任巴州(今四川巴中)守。嘉定十二年(1219)三月,兴元(今陕西汉中)军士张福、莫简等发动兵变,入川后攻取利州(今广元)、阆州(今阆中)、果州(今南充)、遂宁(今遂宁)、普州(今安岳)等地。在哗变军队进占巴州时,秦季槱弃城逃走,携全家辗转抵达南宋都城临安(今杭州)。在临安,秦季槱曾任工部郎中和秘书少监等官职。宝庆元年(1225)六月,被任命为潼川知府,返回四川。
秦九韶自幼生活在家乡,18岁时曾“在乡里为义兵首”,后随父亲移居京都。他是一位非常聪明的人,处处留心,好学不倦。其父任职工部郎中和秘书少监期间,正是他努力学习和积累知识的时候。工部郎中掌管营建,而秘书省则掌管图书,其下属机构设有太史局。因此,他有机会阅读大量典籍,并拜访天文历法和建筑等方面的专家,请教天文历法和土木工程问题,甚至可以深入工地,了解施工情况。他又曾向一位精通数学的隐士学习数学。他还向著名词人李刘学习骈俪诗词,达到较高水平。通过这一阶段的学习,秦九韶成为一位学识渊博、多才多艺的青年学者,时人说他“性极机巧,星象、音律、算术,以至营造等事,无不精究”,“游戏、毬、马、弓、剑,莫不能知。” [4]
1225年,秦九韶随父亲至潼川(今四川三台县)。蒙古军队已侵入今甘肃、陕西一带,北方的抗蒙(元)斗争如火如荼。南宋朝廷“募义兵五千人,与民约曰:‘敌至则官军守原堡,民丁保山砦,义兵为游击。”在各地建立了民间武装。通武知兵的秦九韶担任了民间武装的“义兵首”,维护地方治安。
数年后,李刘曾邀请他到南宋国史院校勘书籍文献,但未成行。端平三年(1236)元兵攻入四川,嘉陵江流域战乱仍频,秦九韶不得不经常参与军事活动。他后来在《数书九章》序中写道:“际时狄患,历岁遥塞,不自意全于矢石间,尝险罹忧,荏苒十祀,心槁气落”,真实地反映了这段动荡的生活。由于元兵进逼和溃卒骚乱,潼川已难以安居,于是他再度出川东下,先后担任过蕲州(今湖北蕲春)通判及和州(今安徽和县)守,最后定居湖州(今浙江吴兴)。秦九韶在任和州守期间,利用职权贩盐,强行卖给百姓,从中牟利。定居湖州后,所建住宅“极其宏敞”,“后为列屋,以处秀姬、管弦”。据载,他在湖州生活奢华,“用度无算”。淳祐四年(1244)八月,秦九韶以通直郎为建康府(今江苏南京)通判,十一月因母丧离任,回湖州守孝。在此期间,他专心致志研究数学,于淳祐七年(1247)九月完成数学名著《数书九章》。由于在天文历法方面的丰富知识和成就,他曾受到皇帝召见,阐述自己的见解,并呈有奏稿和《数学大略》(即《数书九章》)。
宝祐二年(1254),秦九韶回到建康,改任沿江制置使参议,不久去职。此后,他极力攀附和贿赂当朝权贵贾似道,得于宝祐六年(1258)任琼州守,但三个月后被免职。同时代的刘克庄说秦九韶“到郡(琼州)仅百日许,郡人莫不厌其贪暴,作卒哭歌以快其去”,周密亦说他“至郡数月,罢归,所携甚富”。看来,由于他在琼州的贪暴,百姓极为不满。秦九韶从琼州回到湖州后,投靠吴潜,得到吴潜赏识,两人关系甚密。吴潜曾相继在开庆元年(1259)拟任以司农寺丞,景定元年(1260)拟任以知临江军(今江西清江),都因遭到激烈反对而作罢。在这段时间里,秦九韶热衷于谋求官职,追逐功名利禄,在科学上没有显著成绩。在南宋统治集团内部的激烈斗争中,吴潜被罢官贬谪,秦九韶也受到牵连。约在景定二年(1261),他被贬至梅州做地方官,“在梅治政不辍”,不久便死于任所。
秦九韶在数学上的主要成就是系统地总结和发展了高次方程数值解法和一次同余组解法,提出了相当完备的“正负开方术”和“大衍求一术”,达到了当时世界数学的最高水平。
安岳修建的秦九韶纪念馆,恢宏壮观,雄伟气派。
数学家的故事(五)
陈省身
陈省身1911年10月28日生于浙江嘉兴秀水县,美籍华人,20世纪的几何学家。少年时代即显露数学才华,在其数学生涯中,几经抉择,努力攀登,终成辉煌。他在整体微分几何上的卓越贡献,影响了整个数学的发展,被杨振宁誉为继欧几里德、高斯、黎曼、嘉当之后又一里程碑式的人物。曾先后主持、创办了三大数学研究所,造就了一批世界知名的数学家。晚年情系故园,每年回天津南开大学数学研究所主持工作,培育新人,只为实现心中的一个梦想:使中国成为21世纪的数学大国。
陈省身9岁考入秀州中学预科一年级。这时他已能做相当复杂的数学题,并且读完了《封神榜》、《说岳全传》等书。1922年秋,父亲到天津法院任职,陈省身全家迁往天津,住在河北三马路宙纬路。第二年,他进入离家较近的扶轮中学(今天津铁路一中)。陈省身在班上年纪虽小,却充分显露出他在数学方面的才华。陈省身考入南开大学理科那一年还不满15岁。他是全校闻名的少年才子,大同学遇到问题都要向他请教,他也非常乐于帮助别人。一年级时有国文课,老师出题做作文,陈省身写得很快,一个题目往往能写出好几篇内容不同的文章。同学找他要,他自己留一篇,其余的都送人。到发作文时他才发现,给别人的那些得的分数反倒比自己那篇要高。
他不爱运动,喜欢打桥牌,且牌技极佳。图书馆是陈省身最爱去的地方,常常在书库里一呆就是好几个小时。他看书的门类很杂,历史、文学、自然科学方面的书,他都一一涉猎,无所不读。入学时,陈省身和他父亲都认为物理比较切实,所以打算到二年级分系时选物理系。但由于陈省身不喜欢做实验,既不能读化学系,也不能读物理系,只有一条路——进数学系。
数学系主任姜立夫,对陈省身的影响很大。数学系1926级学生只有5名,陈省身和吴大任是全班秀的。吴大任是广东人,毕业于南开中学,被保送到南开大学。他原先进物理系,后来被姜立夫的魅力所吸引,转到了数学系,和陈省身非常要好,成为终生知己。姜立夫为拥有两名如此出色的弟子而高兴,开了许多门在当时看来是很高深的课,如线性代数、微分几何、非欧几何等等。二年级时,姜立夫让陈省身给自己当助手,任务是帮老师改卷子。起初只改一年级的,后来连二年级的都让他改,另一位数学教授的卷子也交他改,每月报酬10元。第一次拿到钱时,陈省身不无得意,这是他第一次的劳动报酬啊!
考入南开后,陈省身住进八里台校舍。每逢星期日,他从学校回家都要经过海光寺,那里是日本军营。看到荷枪实弹的日本鬼子那副耀武扬威的模样,他心里很不是滋味,不禁快步走开。再往前便是南市“三不管”,是个乌烟瘴气的地方,令他万分厌恶。从家返回学校时,又要经过南市、海光寺,直到走进八里台校园,他才感到松了口气。
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