古今数学思想读书笔记
“数学作为一门有组织的、独立的和理性的学科来说，在公元前600到前300年之间的古典希腊学者登场之前是不存在的。但在更早期的一些古代文明社会中已产生了数学的开端和萌芽。”前两章分别讲述两河流域和埃及的数学。
“角的概念想必是从观察到人的大小腿(股)或上下臂之间形成的角而产生的，因为在大多数语言中，角的边常是用股或臂的字来代表的。例如在英文中，直角三角形的两边叫两臂。(在汉文中直角三角形的一条直角边也叫股。——译者)”谁知道勾股定理中勾这个称呼是怎么来的?
“我们对巴比伦文明和数学的知识……得自其泥版的文书。……这些泥版的制作大抵在两段时期，有些是公元前2000年左右的，而大部分是公元前600年到公元300年间的。……较早期泥版上刻的是阿卡得(Akkad)文字……阿卡得人用一种断面呈三角形的笔斜刻泥版，在版上按不同方向刻出楔形刻痕。因此这种文字就叫做楔形文字。”
“巴比伦数系的突出之点是以60为基底并采用进位记号。起初巴比伦人没有用什么记号来表示某一位上没有数，因此他们写的数是意义不定的。”同一组符号可以表示80或3620，这要取决于头一个记号是表示60还是3600。“他们往往空出一些地方来表明哪一位上没有数，但这当然还会引起误解。在塞琉西(Seleucid)时期他们引入了一种特别的分开记号来表示哪一位上没有数。”这样他们就能明确表示3604=1*60^2 0*60 4了。“但即使在这段时期也还未采用一个记号来表明最右端的一位上没有数，如同我们今日所记的20一样。在这两段时期，人们都得依靠文件的内容，才能定出整个数字的确切数值。”阿拉伯数字(其实是印度数字)和零确实是伟大的发明!
“巴比伦人也用进位记法来表示分数。”例如同一组符号作为分数来记，可表示21/60或20/60 1/60^2。“所以他们数字系统的混淆不清比上面所指出的还要厉害。”杯具啊!
巴比伦人会做加减法。也做乘法，如乘以37的做法是乘以30，另外再乘以7，然后把结果相加。整数除以整数是通过把倒数化成60进制的“小数”进行的。他们有数字表，可以查出1/a形式的数(其中a=2^x*3^y*5*z)怎样写成有限位的60进制“小数”。有些数表给出1/7、1/11、1/13等的近似值。他们也有表示平方、平方根、立方和立方根的数表。巴比伦人给出的根号2的近似值是1.414213...，而不是1.414214...(没有四舍五入，计算器给出的是1.4142135623730950488016887242097)。
巴比伦人计算高h、宽w的矩形对角线长度d的办法，是用近似公式d ≈ h w^2/2h。这公式在h>w时是很好的近似，因为它是d=h(1 w^2/h^2)^(1/2)的二项式展开的前两项。他们是怎么发现的?
巴比伦人会解一元二次方程，会解含十个未知量的十个(大多是线性的)方程，会求立方根。会算数列的和1 2 4 ... 2^n = 2^(n 1)-1和1 4 9 ... n^2= (1/3 2n/3) * (1 2 3 ... n)，但没有给出推导。
“几何在巴比伦人的心目中是不重要的。……那些说明几何问题的图画得很粗，所用的公式也可能不正确。”他们似乎用A = c^2/12(其中c表示圆周长)这个法则得出圆面积，相当于把3作为圆周率，因为实际上c^2/12 = pi^2*r^2/3，而A = pi*r^2。不过在他们给出正六边形及其外接圆周长之比时，又用3又1/8作为圆周率。“在计算一些特定物理问题时，他们算出了一些体积，有些算对了，有些算得不对。”
“巴比伦位于古代贸易通道上，他们商业活动范围很广。巴比伦人用他们的算术和简单代数知识来表示长度和重量，来兑换钱币和交换商品，来计算单利和复利，来计算税额，来给农民、教会和国家之间分配收获的粮食。划分土地和遗产的问题引出代数问题。牵涉到数学的大多数楔形文字著作(除了数字表和解题的文件之外)都是关于经济问题的。”这符合历史唯物主义的范式。
天文学方面的文件大多产生在塞琉西时期。他们的天文学家能把新月和亏蚀的时间算准到几分钟之内。他们知道太阳年或回归年(季节年)等于12 22/60 8/60^2个月(从新月出现到下次新月为一月)，并把恒星年(太阳相对于恒星的位置复原所需之时)准确算到4.5分。
“他们的日历是阴历。……235个阴历月份等于19个太阳年。……这种历法为犹太人、希腊人所沿用，罗马人起初也沿用，直到公元前45年他们采用儒略历法(Julian calendar)时为止。”
“把圆分为360度是巴比伦天文学家在公元前最末一个世纪里首创的。”
“与天文学密切相关的是占星术。……古代社会中伪科学性的预卜并非都用天文。他们认为数本身有神秘特性并可用之于预卜未来。我们可以在但以理书(the Book of Daniel)及新旧约先知的著述中看出巴比伦人预卜未来的做法，希伯来人的‘科学’测字术(gematria)(希伯来传统神秘主义的一种形式)就是根据这一事实而来的，即因希伯来人用字母来表示数，所以他们就认为由字母组成的每个字都具有一个数值。如果两个字的字母值之和相等，那就表明这两个字所代表的两种概念、两个人或两件事之间有重要的联系。在以赛亚的预言里(21:8)，狮子宣告巴比伦城的沦落，因为希伯来文中狮子这个字和巴比伦这个字里，其字母所代表的数字之和是一样的。”这里的关键是两个词对应的数可能相等，古人还是tooyoung too simple啊。参照数理逻辑中的哥德尔数，我们可以把每个字母对应一个自然数，即建立一个从字母l到数字n(l)的映射，然后对一个词的第一个字母l1取2的n(l1)次方，第二个字母l2取3的n(l2)次方，第三个字母l3取5的n(l3)次方，……第k个字母l_k取第k个质数的n(l_k)次方，最后把所有这些乘方乘起来。这样就对每个词定义了一个与它对应的自然数，而且两个不同的词对应的数绝不会相同!但以理和以赛亚哭了……
“巴比伦人用特殊的名称和记号来表未知量，采用了少数几个运算记号，解出了含有一个或较多未知量的几种形式的方程，特别是解出了二次方程，这些都是代数的开端。……问题是巴比伦人在采用数学证明这方面做到什么程度。他们确曾用正确的有系统的步骤，解出了含未知量的颇为复杂的方程。但他们只用语言说出该做的步骤，没有说出做那一步的理由根据什么。几乎没有肯定地说，他们的算术和代数步骤以及几何法则都是根据物理事实、边试边改以及从直观认识得出的结果。如果这些方法行之有效，巴比伦人便认为这就有充分理由继续加以采用。关于证明的想法，依据于决定取舍原则的逻辑结构的思想，以及问题的解在什么条件下存在这些方面的考虑，在巴比伦人的数学里都是找不到的。”这样看来，巴比伦数学的发展程度跟中国古代数学很相似。没有严格的证明和逻辑结构，不考虑解的存在性，是西方之外各文明数学的普遍情况吧?
古今数学思想读书笔记
题词是穆尔(E. H. Moore)的：“所有科学，包括逻辑和数学在内，都是有关时代的函数——所有科学连同它的理想和成就统统都是如此。”跟上一章《美索不达米亚的数学》的题词，亥维赛(Oliver Heaviside)的：“逻辑可以等待，因为它是永恒的。”相映成趣。两句话都正确，但侧重点刚好相反。逻辑等待了中国文明很长时间，但一直没有等到，浩叹!
“古埃及人造出了他们自己的几套文字。其中有一套是象形文字……从公元前2500年左右起，埃及人用一种所谓僧侣文(hieratic writing)来作日常书写。……书写的方式是用墨水写在草片(papyrus)上，这是把一种木髓紧压后切成的薄片。因草片会干裂成粉末，所以除了铭刻在石头上的象形文字外，古埃及的文件很少保存下来。”Papyrus也译作莎草纸或纸草。“莎草纸”并不是现今概念的“纸”，它是对纸莎草这种植物做一定处理而做成的书写介质，类似于竹简的概念，但比竹简的制作过程复杂。对古代写在莎草纸上手稿的研究，或称为纸莎草学，是古希腊古罗马历史学家的基本工具。
“现存的数学文件主要是两批草片文书：一批是保存在莫斯科的，叫莫斯科草片文书;一批是1858年英国人莱因德(Henry Rhind)发现的，现存英国博物馆，，叫莱因德草片文书。莱因德草片文书又叫阿梅斯(Ahmes)草片文书，因其作者叫阿梅斯。他在这文书的开首写了如下这句话：‘获知一切奥秘的指南。’这两批草片文书都是公元前1700年左右的东西。”阿梅斯很有老子的范儿：玄之又玄，众妙之门!
“此外还存有写于这一时代及其后的一些草片文书的片断。数学草片文书的作者是在古埃及政府和教会行政机构中工作的书记。”看来埃及人还实现了秦朝的“以吏为师”。
“埃及数系中分数的记法比我们今日的复杂得多。……除了几个特殊分数之外，所有分数都拆成一些所谓单位分数。例如，阿梅斯把2/5写成1/3+1/15。莱因德草片文书里有个数表，把分子为2而分母为5到101的奇数的这类分数，表达成分子为1的分数之和。利用这表，可把7/29……表达成单位分数之和。由于7 = 2 + 2 + 2 + 1，他把每个2/29表达成分子为1的分数之和。……7/29的最后这种表达式是1/6 + 1/24 + 1/58 + 1/87 + 1/232。……埃及人之所以未能把算术和代数发展到高水平，其分数运算之繁复也是原因之一。”这样看来，意识到所有分数一律平等，至少所有的整数相除的分数一律平等，也是一个伟大的进步。
“他们对圆面积的计算好得惊人，用的公式是A = (8d/9)^2，其中d是直径。这就相当于取π为3.1605。”这个公式相当于A = (16/9)^2*r^2，即取圆周率为256/81 = 3.1604938271604938271604938271605。
“略举一例便可说明埃及人的面积公式多么‘准确’。在埃德富(Edfu)一个庙宇的墙上刻有一个捐献给庙宇的田地表。这些田地一般有四边，今将其记之为a，b，c，d，其中a与b以及c与d是两批相对的边。铭文给出的这些田地的面积是(a+b)/2*(c+d)/2。但有些田地是三角形的，这时他们认为d就没有了，面积的算法变成(a+b)/2*c/2。即使对四边形来说，这种算法也只是粗略的近似。”这么粗糙的面积计算水平真是令人大汗。他们是怎么造金字塔的?!
“埃及几何里最了不起的一个法则是计算截棱锥体的体积公式。锥体的底是正方形，这公式用现代的记号是V = h/3 * (a^2 + ab + b^2)，其中h是高，a和b是上下底的边。这公式之所以了不起，乃是因为它正确，而且表达的形式是对称的。”
“埃及人靠观察天狼星算得太阳年的日子数。……埃及人(一般认为是在公元前4241年)采用365日为一年的民历。……因埃及人没有在每四年内加插一天，他们的民历就要慢慢落后于季节。这种民历需要经每1460年之后才能又符合季节;这段时期叫索特周期(Sothiccycle)，这是因为埃及人称天狼星为索特。但埃及人是否知道索特周期是有疑问的。他们的历法在公元前45年为凯撒(Julius Caesar)所采用，但他采纳亚历山大城希腊人索西吉斯(Sosigenes)的建议，把一年改为365又1/4天。埃及人虽在定出一年的天数和历法上作出了有价值的贡献，但这并不是由于他们的天文学高明，实际上他们的天文学是粗浅的，并且远不如巴比伦人的天文学。”人们往往以猎奇和神秘主义的心态神化古文明的成就，例如说他们的数学、天文和建筑多么精确，现代的科学家都无法解释，以至于怀疑是外星人教的。这样看来，许多这种说法是错误的，古人的成就远不如一般人的想象。
“埃及人把他们的天文知识和几何知识结合起来用于建造他们的神庙，使一年里某几天的阳光能以特定方式照射到庙宇里。……他们竭力使金字塔的底有正确的形状;底和高的尺寸之比也是意义非常重大的。但我们不应把有关工程的复杂性或想法的深奥性过分强调。埃及人的数学是简单粗浅的，并不像过去经常有人宣称的那样包含着深刻的道理。”正理。埃及人连圆周率都只准确到小数点后第一位，怎么可能在金字塔的比例上寄托多少深意?
“我们来回顾一下希腊人出场之前的数学状况。在巴比伦和埃及文明中，我们发现有整数和分数的算术，包括进位制记数法，有初步的代数和几何上的一些经验公式。几乎还没有成套的记号，几乎没有有意识的抽象思维，没有作出一般的方法论，没有证明甚或直观推理的想法，使人能深信他们所作的运算步骤或所用的公式是正确的。实际上，他们没有想到需要任何理论科学。……虽然巴比伦数学比埃及数学高明些，但我们对两者至多只能说他们表现出一些活力，虽还谈不上什么严密性;他们的毅力超过他们的才力。”毅力超过才力，这个评价好!比用烂了的“有很大的进步空间”有格调多了。
“凡作评价总得有个标准。把这两种文明同其后的希腊文明相比可能并不公允，然而却很自然。按这标准说，埃及人和巴比伦人好比粗陋的木匠，而希腊人则是大建筑师。我们确实看到有些书上把巴比伦人和埃及人的成就说得更好些甚至加以赞扬。不过那是某些专家们所做的事情，他们也许无意中对其兴趣所专注的领域作了过分热情的传颂。”吴文俊认为：“近代数学之所以能发展到今天，主要是靠中国的数学而非希腊的数学，决定数学历史发展进程的主要是中国的数学而非希腊的数学。”这不就是一个鲜明的例子……
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