以欧几里得《几何原本》为代表 希腊数学的公理化论证( 三 )


举个例子,我们用秦九少-黄宗宪的方法来寻找
5x≡1(mod 7) (2)
一个解决方案 。
解决方法:寻找技术的步骤如下:
根据第一种技术,1 右边的数是 x 的一个解,即 x=3 。这很容易验证:
5·3=15≡1(mod 7)
当然,你可能会认为 I 使问题复杂化了,你甚至从一开始就尝试 x=3 是一个解决方案 。然而,正如吴文君先生多次强调的那样,中国古代数学是一种算法,一种强大的基础功夫 。可以说能遇魔,能灭魔,一点都不为过 。你可以用技巧来解决简单的例子,但如果我换一个稍微复杂一点的例子,比如解方程
250x ≡1(mod 2017)
以欧几里得《几何原本》为代表 希腊数学的公理化论证
如果你还想重蹈覆辙,那你就没那么幸运了!
说到这里,我想起了著名的数学家,数学教育 波利亚有句名言:“使用一次的技术是一种技术,使用两次以上的技术很可能会发展成一种方法 。”,侧重于一般方法(“法”和“术”是同义词),而不是特殊技术 。如果读者想体验秦九少-黄宗宪求法的威力,不妨用上面的公式250x≡1(mod 2017)试试看!
不难发现,秦九少-黄宗宪的求一方法与欧几里得算法求最大公因数相似 。举个例子,我们用矩阵格式写250和2017的最大公因数的过程如下:
在上面的欧几里得算法中,余数除法直到某一步得到的余数为0(算法结束),此时另一个数(这里是1)是最大公因数 。当然,在我们的例子中很容易验证,通过分解因数 250= 2×5×5×5,不难发现 2017 和 250 的公因数只有 1 。(其实 2017 是质数, 但要亲手确认这一点比上面的求公因数问题要困难得多!)
3
方程式
学过线性代数的读者应该记住,第一种技术本质上是求解线性方程组的初等行变换法,也称为高斯消元法 。所以,可以想象,秦九少的第一招,可能是脱胎于“等式招式”的 。《方程技巧》来自《算术九章》第八章,详细介绍了线性联立方程组的解法,并介绍了负数 。在现代语言中,术语“方程”最好解释为“方阵” 。事实上,“正方形”的字面意思是正方形或长方形 。“成”,按照刘辉在《九章算术》中的解释,就是将数据放在磁盘上的一个矩阵中:“并列成行,故称方程” 。因此,解决方案是垂直和水平移动芯片,如上图所示 。
4
天元术和四元术
中国古代数学的高峰在宋元时期,其代表人物是秦九少、李晔、朱世杰 。前面我们介绍了秦九少和黄宗宪的大雁秋仪 。接下来介绍李烨的天元术和朱世杰的四元术 。
秦九少《书书九章》
天元法实际上是一种求解未知数方程的方法 。元是无名数,“天元”是无名数的名称 。例如,“天元”等价于“嫌疑人X”,其中“元”等价于“嫌疑人”,“田”等价于“X” 。
我相信每个人都知道这种方法的威力,尤其是刚接触它的小学生 。其实,我们每个人在小学的时候都接触过中国古代数学的杰出成就,只是没有人告诉我们!
国家自然科学基金中有一项数学专项基金,名为“数学天元基金”,以“天元技法”命名 。
四元术是天元术的提升 。是指“天、地、人、物”的四元,相当于说四个未知数x、y、z、w 。天元是一种求解具有未知数的方程的方法;四元是一种求解具有四个未知数的方程组的方法 。
这里的“四”并没有什么特别的含义,只是每个多项式的系数应该放在磁盘上的一个固定位置,这就限制了未知数的个数不超过四个 。因此,对于了解“四元技术”的人来说,这种方法不难推广到任意数量的未知数 。但是,宋元以后,中国古代数学的兴衰,使朱士杰的“四元术”没有被后人继承和发展(即使利玛窦明朝来到中国,中国也没有人)看懂了“九行篇”!) 。直到20世纪,在计算机兴起和数学机械化复兴的大背景下,朱世杰的工作终于启发了吴文君,开创了几何机器证明的“吴法”吴文君甚至说:“我在这里创造的所谓方法,其实无非是朱世杰四元术的一种现代化推广 。”


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