第二章 《几何原本》和《九章算术》

欧几里得的《几何原本》是一部划时代的数学巨著,其伟大的历史意义在于它是用公理法建立演绎体系的最早典范。

《几何原本》共有13卷,465个命题。

第一卷首先给出23个定义,如“点是没有部分的”、“线只有长度而没有宽度”等等,还有平面、直角、锐角、钝角、平行线、圆等定义。23个定义之后,欧几里得接着提出真实性无需证明的五个公设和五个公理,作为论证其他命题的依据。在公理之后给出48个命题,讨论了关于直线和由直线构成的平面图形的性质,这48个命题又可分为三组:

第一组(命题1-26)包括9个基本作图题,17个证明题,主要是讨论三角形的性质,其中还包含三个三角形全等的判定法。

第二组(命题27-32)包括一个作图题主要是叙述平行理论,然后利用这些理论证明了重要的命题32。

第三组(命题33-48)包括四个作图题,通过等积变形研究平行四边形、正方形和三角形,命题47、48是毕达哥拉斯定理及其逆定理。

第二卷只有14个命题。其中有两个作图题突出的内容是讨论面积的变换和毕氏学派的图形代数。头几个命题用我们的记法为

(1)a(b+c+d+…)=ab+ac+ad+…;

(2)(a+b)a+(a+b)b=(a+b)²……

第三卷有37个命题,其中有六个作图题,包括许多关于圆的弦、割线、切线、圆心角及圆周角等与圆有关的图形的定理。

第四卷包含了16个作图题,讨论了用直尺、圆规作圆的内接和外切图形。

第五卷是比例论,共计25个命题。

第六卷由33个命题组成,主要是利用比例理论讨论相似形问题。

第七、八、九卷的内容是数论。

第七卷有39个命题,其中有求两个或两个以上整数的最大公约数。

第八卷有27个命题,大部分讲连比和有关的几何级数。

第九卷有36个命题,讲连比,素数定理,偶数与奇数理论。

第十卷共有115个命题,主要讨论无理量。

最后三卷论及立体几何及穷竭法。

第十一卷包含了39个命题,一开始就给出了立体几何的28个定义,然后讨论空间直线与平面的各种关系。

第十二卷共有18个命题,主要研究面积和体积的定理,这一卷的主要思想是穷竭法。

第十三卷共有18个命题,着重研究五种正多面体。

与希腊数学的发展同步,中国数学也有了长足的进步。到了西汉末期,《九章算术》的出现,标志着中国数学已经形成了体系。

《九章算术》采用问题集的形式,收有246个与生产、生活实践有联系的应用问题,每道题有问(题目)、答(答案)、术(解题的步骤,但没有证明),有的是一题一术,有的是多题一术或一题多术。这些问题依照性质和解法分别隶属于九章:方田、粟米、衰分、少广、商功、均输、盈不足、方程及勾股。《九章算术》的主要内容分算术、代数和几何三部分。

第一章方田,共有38题,主要讲各种面积计算公式与分数运算问题;

第二章粟米,共有46题,主要讲各种比例问题;

第三章衰分,共有20题,主要讲比例配分问题;

第四章少广,共有24题,主要讲开平方、开立方等计算问题;

第五章商功,共有28题,主要讲体积的计算问题;

第六章均输,共有28题,主要讲与运输、纳税有关的加权比例等问题;

第七章盈不足,共有20题,主要讲盈亏问题的解法与比例问题;

第八章方程,共有18题,主要讲线性方程组的应用问题;

第九章勾股,共有24题,主要讲勾股定理及其应用问题。

《九章算术》方程章中,二元的8题,三元的6题,四元、五元的各2题,都是用直除法来解多元一次方程组。方程术是中国古代数学中的伟大成就。

《几何原本》和《九章算术》从形式到内容都各有特色和所长,形成东、西方数学的不同风格。《几何原本》和《九章算术》是世界数学史上东西辉映的两本不朽的传世名著,也是现代数学的两大主要源泉。

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