印度对数学作出了哪些贡献

A woman takes part in a math class at the Family Guidance Center women's shelter in Kabul, August 9, 2009. According to a 2006 report by the UK-based NGO 'Womankind,' anywhere between sixty and eighty percent of marriages in Afghanistan are forced, 57 percent of brides are under the age of 16, and 87 percent complain of domestic violence. Afghan women suffer from the lowest literacy rate in the world, at 13 percent. REUTERS/Lucy Nicholson (AFGHANISTAN SOCIETY EDUCATION) - GM1E5891MAI01
Mathematics on the Indian subcontinent has a rich history going back over 3,000 years.Image: REUTERS/Lucy Nicholson
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毫不意外,最早有记录的数字零的使用,最近发现可追溯至公元3世纪或4世纪,发生在印度。印度次大陆的数学有着悠久的历史,已有3,000多年,在欧洲取得类似进展之前已繁荣数百年,其影响同时传播到中国和中东。

除了提出零的概念,印度数学家还在以下领域作出了开创性贡献:三角学、代数、算术和负数等。或许最重要的是,我们今天仍在全球使用的十进制系统最早出现在印度。

数制

早在公元前1200年,数学知识就已被记录下来,成为一大知识体系的一部分,这一体系称为《吠陀经》。在这些文本中,数字通常以十的幂的组合表示。例如,365可以表示为三个百(3x10²)、六个十(6x10¹)和五个一(5x10⁰),不过,每个十的幂都以名称而非一组符号表示。我们有理由相信,这种用十的幂表示数字的方式,对印度十进位值制的发展起到了关键作用。

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从公元前3世纪起,我们也有书面证据表明,婆罗米数字已经出现。它们是现代印度数字或印度-阿拉伯数字系统的前身,如今世界上大多数地区都在使用这一系统。零被引入后,古印度人研究高等数学所需的几乎所有数学工具便已齐备。

零的概念

零本身的历史要悠久得多。最近确定年代的最早有记录的零见于所谓的《巴克沙利手稿》,当时它们只是简单的占位符,用来区分100和10。公元最初几个世纪,巴比伦和玛雅文化中也已出现类似符号;据称,早在公元前3000年至2000年,苏美尔数学中也可能出现过。

但只有在印度,表示“无”的占位符才发展成为一个独立的数字。零的概念使数字书写变得高效而可靠。进而,这使有效记录成为可能,重要的财务计算也因此能够事后核查,确保所有相关人员诚实行事。零是通往数学普及化道路上的重要一步。

这些便于使用的数学概念运算工具,加上开放而活跃的学术与科学文化,使印度到公元600年前后已具备条件,迎来数学发现的爆发式增长。相比之下,这类工具直到13世纪初才在西方普及,尽管斐波那契的《算盘书》问世。

二次方程的解法

7世纪时,关于零的运算规则首次有书面记录,并被正式编入《梵明满悉檀多》。在这部开创性著作中,天文学家梵天笈多提出了解二次方程(深受中学生喜爱)和计算平方根的规则。

负数的规则

梵天笈多还阐述了负数的运算规则。他将正数称为财富,负数称为债务。他记下了一些规则,译者将其释为:“财富减去零,结果是债务;”“债务减去零,结果是财富。”

后一句与我们在学校学到的规则相同:减去一个负数,等于加上一个正数。梵天笈多还知道,“债务与财富相乘,结果是债务”——正数乘以负数等于负数。

总体而言,欧洲数学家不愿承认负数具有实际意义。许多人认为负数荒谬无理。他们认为数字是为计数而发展出来的,并质疑负数能用来数什么。印度和中国的数学家很早就认识到,债务就是这个问题的一种答案。

例如,在早期农业社会,如果一位农民欠另一位农民7头牛,那么实际上前者就有-7头牛。如果前者外出买牲畜来偿还债务,他必须买7头牛并交给后者,才能使自己的牛的数量回到0。从那以后,他买的每一头牛都会计入他的正数总量。

微积分的基础

欧洲数学界不愿采用负数乃至零,这种态度让欧洲数学停滞了许多年。戈特弗里德·威廉·莱布尼茨是最早系统使用零和负数的欧洲人之一,他在17世纪末发展微积分。微积分用于测量变化率,对几乎所有科学分支都至关重要,尤其是现代物理学许多重大发现的基础。

然而,印度数学家婆什迦罗早已发现莱布尼茨的许多思想,比他早了500多年。婆什迦罗还在代数、算术、几何和三角学领域作出了重大贡献。他给出了许多成果,例如某些“丢番图”方程的解法,这些成果数百年后才在欧洲被重新发现。

喀拉拉天文学与数学学派由桑伽玛格拉玛的马达瓦于14世纪创立,在数学领域创造了许多先例,包括运用数学归纳法以及一些早期的微积分相关成果。尽管喀拉拉学派没有发展出系统的微积分规则,但其学者率先构想出许多成果,这些成果后来在欧洲再次出现,包括泰勒级数展开、无穷小和微分。

印度实现的这一飞跃——将零从简单的占位符转变为独立的数字——表明,当欧洲陷于黑暗时代时,印度次大陆正洋溢着数学昌明的文化。尽管其声誉受到欧洲中心主义偏见的损害,印度次大陆拥有深厚的数学传统,并延续至21世纪,在数学各个分支的前沿都有杰出人才。

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