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獨具一格的古代數學(下)賈憲、垛積、次方程,精彩大結局,免費線上閱讀

時間:2016-10-30 20:41 /人文社科 / 編輯:小媽
熱門小說《獨具一格的古代數學(下)》由惟倩最新寫的一本老師、淡定、無限流風格的小說,這本小說的主角是垛積,算書,次方程,內容主要講述:李善蘭《則古昔齋算學》中關於尖錐術的記載李善蘭的積分法屬於微積分歷史上的不可分量方法。他認為“盈尺之書由疊紙而得,盈丈之絹由積絲而成也,”即把

獨具一格的古代數學(下)

作品字數:約3.3萬字

小說主角:李善蘭算書次方程賈憲垛積

小說頻道:男頻

《獨具一格的古代數學(下)》線上閱讀

《獨具一格的古代數學(下)》精彩章節

李善蘭《則古昔齋算學》中關於尖錐術的記載李善蘭的積分法屬於微積分歷史上的不可分量方法。他認為“盈尺之書由疊紙而得,盈丈之絹由積絲而成也,”即把看作是由面迭積而成,把面看成是由線迭積而成。但在實際積的時候,他把組成的“面”仍看作是厚度為無限小的;而把組成面的“線”看成是寬度為無限小的面。因此,立積可以透過對無窮個微元的和來解決,例如,以x2為截面的二乘尖錐的積等於立剔剔

limn→∞[(an)2+(2an)2+…+(nan)2]·an=limn→∞

∑ni=1(ian)2·an=limn→∞n(n+1)(2n+1)6·(a3n3)=(a33)

其結果相當於∫a0x2dx=a33。

以x3為截面的三乘尖錐的積等於limn→∞[(an)3+(2an)3+…+(nan)3]·an

=limn→∞∑ni=1(ian)3·an=limn→∞[n2(1+n)]2·a4n4=(a44)結果相當於∫a0x3dx=a44。

推而廣之,李善蘭得出:由平面積xn迭積起來的尖錐剔剔積應是an+1n+1。其結果相當於∫a0xndx=an+1n+1因此,李善蘭的“尖錐積術”,相當於給出了冪函式y=kxn的定積分公式:∫a0kx2dx=kan+1n+1李善蘭同時指出:同高的幾個尖錐可以併為一個尖錐,它相當於定積分公式:∫a0k1xdx+∫a0k2x2dx+…+∫a0knxndx

∫a0(k1x+k2x2+…knxn)dx在微積分發展史上,李善蘭的尖錐積術並不有重要的地位。但在中國數學史上,這是獨樹一幟的創造貢獻。這一貢獻的意義在於它說明了:中國自庸惧有發展微積分學說的基礎。就如偉烈亞在《代微積拾級》序言中所說的:“……然觀當代天算家如……戴鄂士(煦)氏、李秋紉(善蘭)氏所著各書,其理有甚近微分者。因不用代數式,故成言之甚繁,推之甚繁。今特偕李君譯此書,為微分積分入門之助。異時中國算學上,未必非此書實基之也。”

垛積術自北宋沈括開垛積術研究之,經南宋楊輝、元代朱世傑的發展,垛積術自成系,成為中國數學的一項很有特的內容。無論是所得結果,還是理論的度都有很大的提高。李善蘭的垛積術包括許多內容,其中最出之處有:

(1)推廣朱世傑的三角垛和公式,得出∑ni=11p!r·(r+1)(r+2)……(r+p-1)

=1(p+1)!n(n+1)(n+2)……(n+p)

∑ni=11p!r·(r+1)……(r+p-2)(mr+p-m)

=1(p+1)!n(n+1)……(n+p-1)·(mn+p-m+1)(2)討論了自然數冪的公式,並得出∑ni=1ip=Ap1(np+1)+Ap2(n-1p+1)+……+App(n-p+1p+1)其中係數按p的層次列表如下

1p=1 11p=2

141p=3

111111p=4

12666261p=5

157302302571p=6

…………

上下層係數之間有關係:Api=(p-i+1)Ap-1i-1+iAp-1i

(3)創造了“三角自乘垛”和公式,即“李善蘭恆等式”(n+pp)2=∑qk=0(qk)2(qk)(n+2q-k2q)

(4)創造了中國獨有的垛積差分法,即公式ut=∑ni=0(n+t-1-in)di

∑ut=∑ni=0(n+l-in+1)di

∑hui=∑ni=0(n+t+h-1-in+h)di李善蘭的“垛積差分”是一項有開創意義的工作,這種差分公式的特點可以這樣來描述:當n,k為整數時,二項式係數(nk)的上下標以正負號來分為(++)(-+)(--)(+-)四個區,比做一,二,三,四象限,著名的牛頓、高斯、司特林、貝塞爾等人創立的差分公式,是數個一、二象限二項式係數的迭,而“垛積差分”公式是一三象限的迭,這是與眾不同之點。

(5)創造了李善蘭多項式∑ti=1in(k+i-1k)=∑ni=0Lin(k)(k+n+t-ik+n+1)垛積術除了可以從級數論方面加以研究外,還可以從組數學和整數論方面加以研究。從組數學角度看,李善蘭的垛積術所涉及的組函式、組恆等式、遞迴函式、計算函式等,都是組計數理論的物件,因此,李善蘭的垛積術還是組數學中的傑出成果。

除了“尖錐術”和“垛積術”之外,李善蘭在冪級數展開方面也很有成就,他得出下列二個重要的級數展開式:1-x2=1-∑∞n=1(2n-3)!!(2n)!!x2n

lgn=lg(n-1)+lge∑∞n=11knk1872年,李善蘭寫成《考數四法》1卷,討論了有關確定素數的問題。其中,李善蘭證明了費爾瑪小定理,這本書彌補了中國數學在關於素數研究方面的空

☆、華蘅芳與夏鸞翔

華蘅芳與夏鸞翔

華蘅芳一生著有《開方別術》、《開方古義》、《數術解》、《積較術》、《學算筆談》、《算草叢存》、《演算法須知》和《西算初階》共8種。除了作為普及讀物的《演算法須知》、《學算筆談》等以外,研究內容涉及三個方面:①開方術,即解數學系數的高次方程,著作包括《開方別術》和《開方古義》;②數術,即初等數論中有關素數的理論和應用,著作包括《數術解》、《算學叢存》中的卷五《乘數法》卷六《數演古》;③積較術,屬有限差分法,著作包括《積較術》、《算草叢存》中的卷二《垛積演較》,卷三《盈廣義》和《積較客難》。影響較大的研究成果是積較術。

在《積較術》中,華蘅芳提出了與牛頓內公式有相同結果和精度的一組內公式;提出了兩種計算函式以及用計算函式表示的,所謂廣義莫比烏斯反演公式;與反演公式相關的有重組函式定理;另外,還相當於給出了自然數m項n次冪的和公式。由於華蘅芳所給的計數函式、互反公式、函式定理和若恆等式,正是計數理論的中心問題,所以“華氏的工作是完整意義上的組論研究。……特別是廣義莫比烏斯反演的工作,出地推了我國早期的組論研究”。

夏鸞翔(1823~1864),字紫笙,浙江杭州人,項名達的學生,對中、西數學均有研究,並能融會貫通,造詣很。可惜過世太早,未能作出更多成就。遺稿有《少廣縋鑿》、《洞方術圖解》、《致曲術》、《致曲圖解》欢貉成《夏氏算書四種》,另有《永珍一原》。

在《洞方術圖解》中,夏鸞翔創造了一種用差分法制造正弦表和正矢表的方法。用這種方法,只須預先計算好表中所列的正弦值成正矢值和逐次差數,然用加減法就可以造成全表。假如所造的正弦值是sinna,n=1,2,3,4……。計算出sinna的逐次差數Δ0sinna=sinna,Δ1sinna,Δ2sinna,Δ3sinna……以,一張正弦表就可用加減法造出來了。因為

sinna=na-13!n3a3+15!n5a5……(*)各項都有np的因數,sinna的函式差數,應先np的逐次差數:Δnp,Δ2np,Δ3np……Δpnp。在《洞方術圖解》中夏鸞翔列出了一張表示Δpnp的所謂“單一起諸乘方諸較圖”。

《洞方術圖解》中的Δpnp表

Δ0Δ1Δ2Δ3Δ4Δ5Δ6……n01n111n2132n317126n4115506024n5131180390360120n6163602210033602520720其中Δknp=kΔk-1np-1+(k+1)Δknp-1。

因此知np-1的逐次差數以,np的逐次差數就可以依據上式計算出來。

因np=1+Cn-11Δnp+C(n+1)2Δ2np+……+Cn-1pΔpnp

將p=1,2……所得的各數代入(*),就可分別算得Δ0Δsinna,Δ1sinna,Δ2sinna,……從而也就可以用加減法算出正弦表中相應的數值。

《致曲術》是一篇很有創新價值的論文,文中夏鸞翔推廣了戴煦的橢圓周術和李善蘭的尖錐積術,研究二次曲線,並解決了不少橢圓積分的問題,例如,他利用級數S=x+123!a2x3+12·325!a4x5+12·32·527!a6x7+……

-c2(12·3x33a4+12·2·5x55a6+1·32·2·4·7x77a8+……)

-c4(12·4·5x55a8+12·4·2·7x7a10+……)

-c6(12·4·6·7x7a12+……)橢圓x2a2+y2b2=1從點(0,b)到點(x,y)一段曲線的。這相當於利用橢圓積分s=∫x0a4-c2x2aa2-x2dx=∫x01-c2x2a41-x2a2dx的級數展開式橢圓弧

此外,夏鸞翔又創立了利用級數計算橢圓弧繞其軸旋轉所成曲面面積的方法,其中橢圓x2a2+y2b2=1從點(0,b)到點(x,y)那段弧繞軸旋轉所成面面積為:A=2πb∫x0(1-c2x2a2)dx

=2πb(x-c2·x33!a4-1·3·c4·x55!a8-1·32·5c6·x77!a12……)而繞短軸旋轉所成曲面的面積是:

A=2πa∫y01+c2y2b4)dy

=2πa(y+c2·y33!b4-3c4y55!b8+325c6y77!b12……)

《致曲術》還解決了一些對數曲線、拋物線和螺線的計算問題。

《致圓曲線》是夏鸞翔對圓錐曲線綜研究的成果。透過對平面截圓錐所得的圓錐曲線的分析,揭示了“拋物線之面為橢圓之極”,與“雙曲線之面為橢圓之反”的結論,在一之定程度上表達了圓錐曲線的連續原理。利用這個原理夏鸞翔對不同圓錐曲線的行了類比推測,得出了不少正確的結果,但由於缺乏論證,有些結果就難免有些膚和不嚴密。所以,錢琮先生評論說,“他的《致曲圖解》是一項瑕瑜互見的著作”。

除了項名達、戴煦、李善蘭、華蘅芳、夏鸞翔之外,在近代數學研究中有成就的19世紀中國數學家還有徐有壬、顧觀光、鄒伯奇、駱騰鳳、丁取忠、時曰醇、黃宗憲、左潛、曾紀鴻、劉彝程、周達等人,他們的研究大都集中在函式的冪級數展開,對數術以及中國傳統數學中的一些內容,突出的成就是關於不定分析的研究。

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獨具一格的古代數學(下)

獨具一格的古代數學(下)

作者:林之滿 蕭楓
型別:人文社科
完結:
時間:2016-10-30 20:41

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