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第7章 7古人的科学

勾股定理是华夏数学家的独立发明,在古华夏早有记载。

周髀算经还记载了矩的用途:“周公曰:大哉言数!请问用矩之道。商高曰:平矩以正绳,偃矩以望高,覆矩以测深,卧矩以知远,环矩以为圆,合矩以为方。“

据此可知,当时善于用矩的商高已知道用相似关系的测量术。对于勾股定理的发现,商高远远领先于毕达哥拉斯定理五百到六百年,所以说华夏祖先的智慧足以让后人心生崇敬。

三国时代的蒋铭祖对《蒋铭祖算经》内的勾股定理作出了详细注释,又给出了另外一个证明。直角三角形两直角边(即“勾”,“股”)边长平方和等于斜边(即“弦”)边长的平方。

也就是说,设直角三角形两直角边为a和b,斜边为c,那么a2+b2=c2。到了现代,勾股定理现发现约有400种证明方法,是数学定理中证明方法最多的定理之一。

赵爽在注解《周髀算经》中给出了“赵爽弦图”证明了勾股定理的准确性,勾股数组程a2+ b2= c2的正整数组(a,b,c)。(3,4,5)就是勾股数。

讲完勾股定理的来由,栾德芳接着用手在作业本画出一个图形,画完之后停下笔看着栾青松问道:“知道这个叫什么图形吗?”

“我知道,这叫青朱出入图,是东汉末年数学家刘徽根据“割补术”运用数形关系证明勾股定理的几何证明方法。”

“你从哪儿知道的?”

“我看了九章算术题集,也看了爷爷标识的心得。”

“不错,读书不但要学会老师教的,还学会提前预习,课后总结,有这样的好习惯才能真正的学有所得,知识是智惠的,你不去学习它,思考它,总结它,就不能得到收获。”

“知道了爷爷。”

很多人读书不得其法,其原因是不愿意提前预习,觉得在课堂上听老师讲课已经够了。

其实这种方法是不全面的,在课堂上老师要照顾大多数学生,教学进度有一定的要求,如果不提前预习,很多学生不能够吸收老师讲的内容。

“记住,一个人想要进步,永远要保持良好的心态和习惯。”

“爷爷,我喜欢学习和思考问题。”

“嗯,一个好的习惯对做人做事,有莫大的好处,你现在可能不懂,但爷爷还是要告诉你,每个人的智商不一样,有的人学得慢一些,跟不上老师的教学,有的人学习快一些,会超过老师的讲课,有的人正好跟得上老师的进度,但能够保持进步的人,总能笑到最后。”

“爷爷,我一定能够笑到最后。”

“能有这样的想法很好,能够保持下去最为关健.”

栾德芳有些话没有说出来,他的孙子栾青松只要不骄傲,能够一直保持专注的态度,以后的成就能够达到什么程度,他实在无法想像。

目前,这样的话他不能说。

他的孙子栾青松已经是智商超高的天才,有这么高智商的人可以说万中无一,教导这类天才完全不用考虑学习进度的问题,唯一担心的是他不会产生骄傲自满心态,阻碍求知的步伐。

这才是阻碍栾青松进步的真正原因。

恰恰这个问题又是大麻烦。

所以,栾德芳只能暂时回避过去。

讲到九章算术,其真正的作者已不可考。

众多的猜测中,偏向于认为它是经历多年的不数完善和发展,历代各家的增补修订,而逐渐成为现今定本的,比如西汉的张苍、耿寿昌曾经做过增补和整理,其时大体已成定本。

最后成书最迟在东汉前期,现今流传的大多是在三国时期魏元帝景元四年,刘徽为《九章》所作的注本。九章算术是中国古代第一部数学专著,是算经十书中最重要的一种,成于公元一世纪左右。全书总结了战国、秦、汉时期的数学成就。

同时九章算术在数学上还有其独到的成就,不仅最早提到分数问题,也首先记录了盈不足等问题,方程章还在世界数学史上首次阐述了负数及其加减运算法则。

它是一本综合性的历史著作,是当时世界上最简练有效的应用数学,它的出现标志中国古代数学形成了完整的体系。

看着刚刚的讲解的问题,栾德芳聊着聊着,爷孙两人又歪楼了。

“刘徽因为身为古人,他的这种证明方法鲜明的有东方智慧,通俗易懂。当时刘徽描述此图为:勾自乘为朱方,股自乘为青方,令出入相补,各从其类,因就其余不动也,合成弦方之幂。开方除之,即弦也。”

其大意为一个任意直角三角形,以勾宽作红色正方形即朱方,以股长作青色正方形即青方。将朱方、青方两个正方形对齐底边排列,再进行割补—以盈补虚,分割线内不动,线外则各从其类,以合成弦的正方形即弦方,弦方开方即为弦长,明白了吗?”

“嗯,如果再简单一些,任意一个稳定的三角形一定直角三形,正是因为直角三形用得最多,像我们阿耶用的墨斗,以及我们住的房子,都可理解为直角三角形组成。

既然应用这么广泛,肯定有相应的规律,有了这样的直观认识,把一个正方形已知两边测量出结果,再测量辅助线长度,得出他们的准确尺寸,然后,我们通过加、减、乘、除,开平方,平方等就算方式就可以证明出结果,这应该古人最早计算方式。”

“不错,基本符合事实!”

栾德芳知道古代所在时代科技落后,他们对事物认识应该是从最直观的印像中慢慢感知,再通过不断实践从中找出相应规律。所以,栾青松的回答应该比较符合当时情景。

说到古人,栾德芳深有所感:“其实,我们华夏民族是非常了不起的,九章算术里边,刘微这个人真的非常聪明,他的发现很多,比如他用圆内接正多边形求得π的近似值,得出精确到两位小数的π值,他的这种方法被称为割圆术。他用割圆术一直算到圆内接正192边形,得出π≈根号10(约为3.14)。

到了南北朝,著名的数学家祖冲之在刘徽开创的探索圆周率的精确方法的基础上,首次将“圆周率“精算到小数第七位,即在3.1415926和3.1415927之间,他提出的“祖率“对数学的研究有重大贡献。直到16世纪,阿拉伯数学家阿尔·卡西才打破了这一纪录。”

“爷爷,我看过你的那本《隋书·律历志》关于圆周率(π)的记载。”

“哦,那你说说看!”

“上面的有这么一段话,宋末,南徐州从事史祖冲之,更开密法,以圆径一亿为一丈,圆周盈数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽,朒数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽,正数在盈朒二限之间。密率,圆径一百一十三,圆周三百五十五。约率,圆径七,周二十二。”

什么意思呢?

就是说祖冲之把一丈化为一亿忽,以此为直径求圆周率,计算的结果共得到两个数:一个是盈数(即过剩的近似值),为3.1415927;一个是朒数(即不足的近似值),为3.1415926。

盈朒两数可以列成不等式,如:3.1415926(*)<π(真实的圆周率)<3.1415927(盈),这表明圆周率应在盈朒两数之间。按照当时计算都用分数的习惯,祖冲之还采用了两个分数值的圆周率。一个是355/113(约等于3.1415927),这一个数比较精密,所以祖冲之称它为“密率“。另一个是22/7(约等于3.14),这一个数比较粗疏,所以祖冲之称它为“约率“。

栾青松的答案让栾德芳相当满意。

他知道孙子对于文言文理解具有相当的功底。

想起留学时遭受的白眼,开始对栾青松讲起爱国教育:“在人类的历史长河中曾产生过数以万计的文明,因为各种各样的原因很多文明慢慢消失了。”

不明白原因的栾青松好奇问道:“为什么会有文明消失呢?”

栾德芳没有回答,而是自故自的讲了起来:“在众多的文明中,曾经产生几家最有影响力的文明,他们分别是中华文明,古印度文明,古巴比伦文明,古埃及文明,古希腊文明,古罗马文明,在这些文明中,每一种文明都产生烂若星河的文化。”

“为什么其它几个文明都有一个古字,我们中华文明没有呢?”

“因为产生这些文明的人几乎都消失了,比如印度人就与古印度文明没有关系,他们属于外来者,我们中华文明不一样,我们人种,文字,语言一脉相承,经历五千年依然如故,所以我们是中华文明天然的继承者和传承人。”

栾青松抬起头看着栾德芳好奇的问道:“爷爷,那么现在国外是什么文明呢?”

“基都教文明,衣斯兰文明,现代印度文明。”

“爷爷,那种文明最厉害?”

“现代嘛,基都教文明第一,中华文明第二,衣斯兰文明第三,现代印度文明第四,大约就是这个样子。”

栾青松还小,不能理解文明准确概念:“爷爷,我们中华文明又是什么呢?”

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