代數學的起源

代數學是數學的重要分支學科之一,對數學來說有基礎性的意義:一方面代數學為許多現代數學分支提供了發展的基礎;另一方面,它的初步內容又構成了人們學習數學的入門知識。

代數學的發展經歷過漫長的歷史時代,許多國家、許多民族都做出過貢獻。在以方程論為中心的古典代數學的發展中,阿拉伯數學家做出了獨特的貢獻,花拉子米就是代表。

代數學的萌芽

有了古老的算術以後,越來越多的問題擺在了數學家面前。為了尋找較為普遍的方法來解決在算術裡積累的大量數量問題,古老的算術就必須進行改進和發展。在這個緩慢的過程中,便產生了古典代數學的萌芽,因此,算術和代數沒有截然分開的時間。

代數最初是用文字表述的,大約在公元前2000年,巴比倫算術已經演化出一些用文字表述的代數解題方法。他們既能用相當於代入一般公式的方法,又能用配方法來解二次方程,還討論過某些三次方程和雙二次方程。

方程問題是古典代數的主要內容,除了巴比倫,在古代的中國、印度、阿拉伯等國家對方程的認識也都有著悠久的歷史。

秦漢時期,天文曆法有了較大的發展,為了編制曆法,當時的中國數學家就已經知道了一些方程的解法。約公元50年成書的《九章算術》,是中國流傳至今最古老的一部數學專著。在這本書中已經使用了“方程”這個名詞,並且出現瞭解一元一次方程和一元二次方程等許多代數問題。之後,東漢末年至三國時代的趙爽研究了二次方程的求根問題;他還研究了根與係數的關係,得到了和一元二次方程的求根公式以及“韋達定理”相似的結果。南北朝時期的數學家張邱建在《張邱建算經》一書中給出了一個用文字寫出的方程。

在以後的各個朝代中,中國數學家對方程的研究都有過重要成就,例如唐朝王孝通、張遂,北宋時期的賈憲、劉益,南宋時期的秦九韶等,他們對方程的解法或有所改進,或有所創新。

但是,如何去表示一個方程卻一直是很困難的,因為用字母代替未知數,用符號表示代數式這種方法自創立至今也不過400年的歷史。在這之前都是用文字敘述的,為了簡明地列出方程,古人們想了許多改進辦法。

公元11、12世紀,中國產生了“天元術”,13世紀數學家李冶將其整理、簡化。李冶的天元術中,先“立天元為一某某”就是設未知數,然後根據問題的條件列出天元式。在未知量的一次項旁邊記一“元”字,在常數項旁記一“太”字,並按高次冪在上低次冪在排列,還可兩個天元式相減進行“同數相消”。天元術已有現代列方程記法的雛型,現代學史家稱它為半符號代數。用“元”代表未知數的說法,一直延用到現在。

活動於公元250年前後的丟番圖是希臘數學中的代表人物,他最出色的著作《算術》一書中的絕大多數篇章談的是方程,他是解方程的大師,被稱為代數學的鼻祖。

受中國的影響,印度在7世紀初就有了用文字寫的代數學,已經能使用縮寫文字和一些記號來描述代數的問題和解答,具有符號代數的性質。

公元820年左右,阿拉伯數學家花拉子米從印度回國後著《代數學》一書。該書的方程論被規定為代數學的研究對象,方程的概念也被明確起來,書中第一次明確提出了二次方程的一般解法,同時,還提出了“移項”、“合併同類項”等方法。以後,方程的解法被作為代數的基本特徵長期保留下來。從此,誕生了花拉子米的代數學。

代數學的起源

花拉子米(Al - Khwarizmi),約780~約850

外號取代了本名的數學家

花拉子米是中世紀中亞地區的一位重要數學家。他於公元783年左右出生於花拉子模。花拉子模是中亞地區的一個古國,位於鹹海之南。現分屬於烏茲別花拉子米(783—850)克斯坦和土庫曼斯坦。花拉子米的意思是“祖籍花拉子模的人”,是此人的一個外號。後來人們都這麼稱呼他,外號就取代了本名,本名反而不為人所知了。

他早年在家鄉接受初等教育,後到中亞地區的古城默夫深造,併到過阿富汗、印度等地遊學,很快成為這一地區遠近聞名的學者。公元813年,阿拔斯王朝的哈利發馬蒙聘請花拉子米到首都巴格達工作。公元830年,馬蒙在巴格達創辦了著名的“智慧館”,花拉子米是該館的主要學術負責人之一。他在這裡一直工作到850年左右去世。

花拉子米一生寫出許多著作,除了大量的數學著作外,還有天文學、地理學著作。

代數學名字的由來

花拉子米在研究方程求解的過程中,首倡把一個負項移到方程的另一端變為正項,稱之為 al-jabr,意思是“還原”,並認為方程的兩端可以消去相同的項或合併同類項,稱之為muqa-bala,意為“對消”或“化簡”。這是花拉子米首創的兩種重要的數學方法。他於820年左右寫成了《還原和對消計算概要》這一傳世之作,原文是阿拉伯文,拉丁文譯名為Liber mahucmeti de Algebra et almuchabala。

從書名來看,algebra來自於阿拉伯文的al-jabr.阿拉伯文jbr的意義是“恢復”、“還原”。解方程時將負項移到另一端,變成正項,也可以說是一種“還原”。書名後面的那個阿拉伯文muqabala原意為“對抗”、“平衡”,用來指消去方程兩端相同的項或合併同類項,也可譯為“對消”。

12世紀時,al-jabr譯為拉丁文時成為algebra,而花拉子米書名的第二個字muqubala漸漸被省略,全書常簡稱為algebra。於是這個學科就以algebra為名。

algebra傳入我國,最初音譯為“阿爾熱巴拉”。1761年梅珏成在《赤水遺珍》中譯為“阿爾熱八達”,《數理精蘊》則把algebra意譯為“借根方比例”即“假借根數、方數以求實數之法”。1845年,俄國政府贈送給我國的圖書中有中譯名為《阿爾喀布拉數書》一本,其中的“阿爾喀布拉”是俄文的音譯。

1847年,英國人偉烈亞力來到上海學習中文。1853年他用中文寫了一本《數學啟蒙》,介紹西方數學,他在序中說:“有代數、微分諸書在,餘將續梓之。”這是中文中第一次用“代數”這一詞作為這個數學分支的名稱。1859年,偉烈亞力和李善蘭合譯《代微積拾級》,李善蘭在序中正式使用了“代數”這一名稱:“中法之四元,即西法之代數也。”同年,兩人又合譯德摩根的書,正式定名為《代數學》,這是我國第一本以代數學為名的書。這個名稱也就一直用到現在。

代數學的起源

李善蘭(1811年1月22日-1882年12月9日)

代數學的發展

花拉子米的《代數學》一書,奠定了以方程論為中心的古典代數學學科的基石。此書的理論易學易懂,又能聯繫許多實際問題,適合當時人們的各種需要,因此,流傳久遠。13世紀傳入歐洲,對歐洲文藝復興時期的代數學影響極大,被奉為代數學教科書的鼻祖。而花拉子米則被人們尊為“代數學之父”。

在花拉子米以後的幾個世紀中,代數學發展緩慢。直到1591年,法國數學家韋達第一次在代數中系統地使用了字母,他用字母表示未知數,也用字母表示已知數。這種代數從過去以解決各種特殊問題且側重於計算的數學分支,發展成為一門以研究一般類型問題的學科,使代數學的發展插上了翅膀。韋達認為,代數是施行於事物的類或形式的運算方法,算術只是同數打交道的。所以,當時人們把代數看成是關於字母的計算、關於由字母表示的公式的變換以及關於解代數方程的科學,這標誌著古典代數學的真正確立與完善。


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