问题

中国古代数学形成以计算见长,以解决实际问题为特点的数学理论体系,那为何现代却更重是理论?

回答
中国古代数学以其深厚的计算功底和解决实际问题的能力闻名于世,形成了一个独特的理论体系。然而,当我们审视现代数学,会发现其重心明显地转向了理论的构建和抽象。这种转变并非偶然,而是由多种因素共同作用的结果。

古代中国数学的“计算”与“实用”特质

中国古代数学的辉煌,很大程度上体现在其高度发达的计算技术和解决实际问题的能力上。我们可以从以下几个方面来理解:

服务于社会发展的现实需求: 古代中国是一个农业大国,对农时、历法、水利、赋税等有着迫切的需求。数学作为一种工具,直接服务于这些领域的规划与实施。例如:
历法计算: 精准的历法是农业生产的命脉,需要精确的观测和复杂的计算来预测天象、制定节气。
测量与工程: 修筑宫殿、运河、城墙等大型工程,需要精确的土地测量、体积计算、力学分析,这都离不开数学。
赋税与商业: 粮食的征收、分配,商业贸易中的价格计算、利润核算,都需要有效的数学方法。
“算术”是核心: 中国古代数学的书籍,如《九章算术》,其内容大部分是关于各种算法的。这些算法针对性强,直接为解决具体问题提供“药方”。比如,《九章算术》中关于“勾股”的章节,就是为了解决测量土地、建筑房屋等实际问题。
“问题导向”的学习方式: 古代数学的学习和研究,往往是从一个具体的问题出发,然后寻求解决问题的算法。这种方式培养了学生们强大的计算能力和解决实际难题的技巧。
“筹算”技术的支撑: 算筹作为一种重要的计算工具,极大地提高了计算的效率和准确性。熟练的筹算技巧使得复杂的运算在实践中成为可能,也进一步巩固了计算在中国古代数学中的核心地位。
“证明”的相对弱化: 与古希腊数学注重逻辑推理和几何证明不同,中国古代数学在证明方面相对较弱。算法的有效性更多地体现在其是否能正确解决问题,而非对其背后的数学原理进行严格的逻辑推导。虽然有“求其意”,但对“公理化”和“形式化”的追求并不突出。

现代数学的“理论”转向:时代变迁与学科演进

到了近代,特别是随着西方科学技术传入中国,数学的面貌发生了深刻的变化,理论的重要性日益凸显。这种转变并非中国数学的“倒退”,而是历史发展的必然:

西方数学体系的引入与冲击: 19世纪末20世纪初,随着西方列强的崛起,其先进的科学技术和数学理论也随之传入。西方数学以其严密的逻辑体系、抽象的概念和普遍的适用性,对中国数学产生了巨大的影响。
公理化与形式化: 欧几里得几何的公理体系、代数方程的理论研究、微积分的严谨定义等,展示了数学作为一门抽象科学的独特魅力。这种以严谨证明为基础的理论框架,逐渐成为现代数学的主流。
研究方法的转变: 传统的“问题—算法”模式,逐渐被“公理—定理—证明”的模式所取代。数学家们开始更加关注数学内部的结构、联系和本质,而不仅仅是解决具体的应用问题。
科学技术发展的内在需求: 现代科学技术的发展,尤其是物理学、工程学、计算机科学等领域,对数学理论提出了更高的要求。
理论的普遍性与预测性: 许多科学理论需要数学模型来支撑和描述,而这些模型往往建立在高度抽象的数学理论之上。例如,量子力学依赖于线性代数和泛函分析,相对论则离不开微分几何。理论的进步,能够提供更普遍的解释和更精确的预测。
抽象化是工具: 现代科学研究需要更抽象、更概括的数学语言来描述和分析复杂的现象。例如,群论、环论、域论等抽象代数理论,为晶体学、粒子物理学等领域提供了强大的分析工具。
新数学领域的催生: 随着科学的发展,一些新的数学领域应运而生,这些领域往往是高度理论化的,如拓扑学、范畴论、数理逻辑等。它们的研究不直接服务于某个具体问题,但却为其他科学提供了基础性的工具和思想。
数学学科自身的内在发展逻辑: 数学作为一门学科,其发展也遵循着自身的内在规律。
追求内在的完备性与一致性: 数学家们对数学的精确性、一致性和完备性有着不懈的追求。理论研究能够揭示数学概念之间的深刻联系,构建起更加完善的数学知识体系。
发现新的数学结构: 许多数学理论的产生,源于对现有数学概念的深化和推广,从而发现新的数学结构和规律。这些发现往往具有“意外”的应用价值,例如,最初为纯粹数学研究的群论,后来在化学、物理学等领域找到了重要的应用。
“数学为数学”的价值: 尽管数学最初是为解决实际问题而产生,但随着其自身的发展,数学的内在美和抽象性也逐渐被认识和重视。一些纯粹数学的研究,即便没有 immediate 的应用,也能够丰富人类的思想,拓展我们的认知边界。
教育体系的演变: 现代数学教育体系的建立,也强调了理论基础的培养。数学课程的设计,越来越侧重于逻辑推理、抽象思维和证明能力的训练,这与古代以计算为中心的教学方式有所不同。

总结:从“用”到“本”的转化

可以说,中国古代数学的“计算”与“实用”特质,是其在特定历史条件下,为满足社会生产和生活需求而形成的独特优势。而现代数学的“理论”重心,则是全球数学发展的大势所趋,是西方数学体系影响、现代科学技术发展以及数学学科自身内在逻辑共同作用的结果。

这种转变并非意味着古代数学的“计算”和“实用”价值被否定,而是数学学科自身发展到一定阶段后,其研究的重心和方法论发生了转移。现代数学虽然强调理论,但其最终的目标依然是理解世界、解决问题。许多抽象的理论,在数十年甚至数百年后,可能就会展现出惊人的应用价值,反过来又会促进科学技术的进步。

因此,中国古代数学的计算传统和现代数学的理论深度,并非相互排斥,而是数学发展不同阶段的体现,共同构成了人类宝贵的数学财富。我们既要珍视古代数学的智慧,也要拥抱现代数学的理论前沿,在理论与实践的结合中,不断推动数学乃至整个科学的进步。

网友意见

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才发现第一次光顾着反对把真正的内容忘掉了


中国古代偏重“应用”而现代计算偏重“理论”的原因应该是

1、处于保密与神秘学的考虑

2、数学不受重视

3、我们读不懂或者太显然于是以为那时候没有理论

——————————————————

其一

中国古代的数学主要用于天文历法而不是几何计算,因而“理论”结果很少。同时由于历法这种东西可能会牵扯到王朝正统,在秦九韶出生的那个年代,这种“王朝正统”都是属于“内算”(算法保密)而不是“外算”(成书)的,这或许是中国古代“理论”偏弱的一个原因

中国古代的数学主要用于天文历法而不是几何计算,因而“理论”结果很少。同时由于历法这种东西可能会牵扯到王朝正统,在秦九韶出生的那个年代,这种“王朝正统”都是属于“内算”(算法保密)而不是“外算”(成书)的,这或许是中国古代“理论”偏弱的一个原因


比《九章算术》更早的《周髀算经》就直接提出了盖天说

盖天说认为,日光可照到的距离为16.7万里,人也只能看第一衡(内衡) 夏至第一间 芒种 小暑第二衡 小满 大暑第二间 立夏 立秋第三衡 谷雨 外暑第三间 清明 白露第四衡(中衡) 春分 秋分第四间 惊蛰 寒露第五衡 雨水 霜降第五间 立春 立冬第六衡 大寒 小雪第六间 小寒 大雪第七衡(外衡) 冬至到这么远的光源射来的光,因此以周地为中心,以16.7万里为半径所画出的圆,就是居住在周地的人所能看到的天体范围,这个部分被涂以青色,称为“青图画”。盖天说以此解释了若干常见的自然变化。如盖天说能够大体上说明四季常见的天象和气候变化,这在2000多年以前的科学发展状况下,可以说是相当了不起的。

很难相信一点理论都没有的古人能把历法推理得这么清楚。


其二

中国能研究的东西很多,汉之前就是百家争鸣,汉之后就是独尊儒术,从未给过数学以额外的重视。

反观西方,欧拉什么的暂且不提,皇家学会什么的也暂且不说,单说有一窝伯努利……

伯努利家族的数学家多到了可以互相掐架的地步,反观中国,唯一的世家可能只是祖冲之跟祖暅,后面基本很难找到一个喜欢数学的世家。

事实上中国书香门第不少,世代行医的或许也存在(只是出名的不多,比如李时珍就是医学世家的根正苗红的传人;贾思勰出生在一个世代务农的书香门第,其祖上很喜欢读书、学习,尤其重视农业生产技术知识的学习和研究,对贾思勰的一生有很大影响,为他以后编撰《齐民要术》打下了基础……)

相比之下

(没有查到刘徽的身世)

祖冲之就出生在江南,其祖父祖昌任刘宋朝大匠卿,是朝廷管理土木工程的官吏,父亲祖朔之做“奉朝请”,学识渊博,常被邀请参加皇室的典礼、宴会。

秦九韶其父秦季栖,进士出身,官至上部郎中、秘书少监

两位可能都是家学渊源才接触的数学(至少,通过联想,管理土木的数学未必很差,而秘书少监是一个管理图书与历法的官职)

但看上去两位都不是正统的数学世家出身。

相比于“书香门第”(正统研究儒学的),“行医世家”(正统研究草药的),正儿八经研究数学的本来就不多。

大概是能研究的东西太多了,于是,有时间去研究些没用的(纯理论的)数学,倒不如研究一下有用的东西(比如农学,比如儒学,比如行医)。

大概也因此,能留下来的理论成果基本都是带着例题的的成果


其三

既方之,外半其一矩,环而共盘,得成三四五。

这是勾股定理的证明

大概是因为纸贵的缘故,古代数学家并不喜欢把证明写得很繁琐,于是很多人根本读不懂证明,甚至有人觉得这就不是一个证明。

那么,现在开始解读:

a

既方之

外半其一矩

环而共盘(注意四个三角形的摆放)

得成三四五(就完成了证明)。

很多时候我们很难判断一位数学家是否真的完成了一个证明。

特别是这位数学家人狠话不多的时候。

很可能古人已经留够了理论,只是我们读不懂罢了

(BTW,不知为何想到了黎曼手稿的发掘过程……)

—————————原答案———————————

实名反对一下 @AofT 吧……

中国古代炒鸡厉害的。

西方从古代开始就是几何为主,所以研究完了简单的土地丈量之后没得研究,只好胡乱开理论,比如阿波罗尼斯的八卷圆锥曲线论什么的

中国不是。

“几何不言勾股,然其理并勾股也。故其最难通者,以勾股释之则明。”

这其实就是解析几何的意思,虽然写这句话的数学家比笛卡尔晚了几十年,但看到这个大约能明白,国外的几何,在国内其实是不受重视的


归根结底,中国古代能研究的东西太多了。

就比如“上元积年法”“大衍求一术”

现在,法国人开发的Pari/GP软件里面就有一个chinese函数,就是用来跑“大衍求一术”的……

并不是二十世纪之后中国才开始出成果。


当年中国的历法是世界最准的(哪怕是用的农历),19年7闰的算法在很早很早之前就确定了。

确定7跟19用的是“调日法”,有充分多的证据表明其实至少祖冲之那一代数学家是十分熟悉“调日法”的

……而西方发现Farey数列的时间,已经是一千多年之后了。


中国古代数论最强,几何不弱,完全不是“和西方数学比起来真的不值一提”的。

其实中国的数学也可以很理论的,只可惜让儒家特别是以董仲舒为首的“罢黜百家独尊儒术”断了路子,以至于后来哪怕编一本《数书九章》也被人看成不务正业,于是只能“很实际”地断掉了。

否则,一群数学家无所事事的后果……


大约,在实际问题都有解决方法了之后,数学家们只能拼命研究理论去了吧。

毕竟,想用自己的算法替代一个行之有效的算法的唯一办法,只能是理论上做得比现存的算法更漂亮了

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