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勾股定理的历史由来(中国勾股定理历史)

阅读量:1551 时间:2022-11-03 07:25:31 作者:淡博文

摘要:勾股定理在西方被称为毕达哥拉斯定理,相传是古希腊数学家兼哲学家毕达哥拉斯于公元前550年首先发现的。其实,我国古代得到人民对这一数学定理的发现和应用,远比毕达哥拉斯早得多。如果说大禹治水因年代久远而无法确切考证,周公与商高的对话则可以确定在公元前1100年左右的西周时期,比毕达哥拉斯要早了五百多年。

周代初期,周公询问商高(商朝遗民)天文历法的测量计算问题,商高回答说“圆从方来(参考割圆术),方从矩来,矩根据乘除计算而来”。“矩”原本是一种包含直角的作图工具,其计算方法为“勾股测量术”,如今称之为“勾股定理”,比古希腊毕达哥拉斯早了600余年。

以今天的眼光来看,勾股定理属于基础知识,但在3000年前,却是人类认识世界的一大步,是当时最高深的数学知识。那么,为何当时中国人会发现勾股定理呢?

近代百年考古,挖出了众多上古文明遗址,在还原一段又一段上古图景之余,也慢慢揭开中国不少文明成果的源流。在勾股定理问题上,学者研究上古遗物时,发现了当时中国人一项独特的发明与爱好——三足器,而这极有可能就是发现勾股定理的历史渊源。

中国社科院学者高大伦指出:“在世界几大古文明中,三足器之丰富,是中华文明独有的。”自然界中没有三足动物,而中国人做出了三足鼎,无疑是人类历史上的一项伟大发明,西方学者见了中国的三足器后,对它的“超稳定结构”大为赞叹。

从考古上看,早在9000年上下时,中国人对三角形可能就有了一定的认识。贾湖文化遗址,距今9000余年,考古出土了夹炭红陶三足盆形鼎(见下图)。河北磁山文化遗址,距今8000年上下,考古出土了不少三足陶器。陕西老官台遗址,距今8000年上下,也出土了一些三足陶器。

到了距今6000年时,三足器基本定型,数量越来越多。山东大汶口遗址,距今6000余年,考古出土了黑陶三足鬲、白陶三足鬶等。夏商周时期,中国人对三足器的爱好更进一步,除了三足陶器之外,又出现了三足青铜器,比如三足鼎、三足青铜爵等,数量繁多,蔚为大观。直到今天,生活中随处可见三足的铜陶瓷鼎。

自然界没有三足动物,中国古人却发明了三足器,原因可能是多方面的,但有一点可以肯定,在漫长的普及过程中,三足器必然提示古人逐渐认识“三角形”,进而越来越多的运用三角形相关原理,考古发现证实了这一点。

2010年,考古发现湖北随州叶家山遗址,西周早期曾国的一处高级贵族墓地,考古挖出大批三足青铜器,其中28件为准桃圆形器口的三足器,专家分析后取得重要发现。

《叶家山出土三足青铜器的地域特征分析》报告显示:“桃圆形”器口形似桃子,由三段弧线组成,三个顶点分别为三条足与器口外弧相切的三个点,三个顶点组成的三角形为等腰三角形。 显然,等腰三角形的出现绝非偶然,背后折射的是商周古人对三角形早有深刻认知,因此商高发现勾股定理是几千年来积累的结果。

其实,如今众多考古发现证实上古中国人拥有不俗的几何知识。甘肃天水大地湾遗址,距今8000年—4800年,考古挖出四件陶器,体积分别为264.3立方厘米、2650.7立方厘米、5288.4立方厘米、26082.1立方厘米,除了一件大约是2倍倍增之外,其他三件大约都是十倍倍增。显然,这种现象不可能是偶然的,必然是古人对几何有了一定的研究。

从传世文献来看,应该是古人根据三足器的形状,发现了直角三角形的奥秘,进而研究发现发现了勾股定理,真正的发现者未必是商高。

根据文献记载,伏羲女娲两人一手持“规”(上图左)、一手持“矩”(上图右),伏羲创造了“规”用来画圆,“矩”用来画方形。后来,大禹治水时,便左准绳、右规矩的来规划方向和形状,进行治水的规划。

诸多的记载表明,早在上古时期中国人就已经使用“规与矩”, 而通过“规”、“矩”的形状可知,两者合在一起是直角三角形。商高对周公说“圆从方来,方从矩来,矩根据乘、除计算而来”,“矩”计算方法是“勾股测量术”,也就是说勾股定理是古人测量世界的基础。因此,如果上古已经使用 “规与矩”测量天文地理、制定历法,那么无疑说明当时已经开始运用勾股定理。

除了提示古人认识三角形之外,三足器可能还对中华文明产生了其他重要影响。

在中国文化中,数字“三”是一个神奇符号,深扎在中华文明的土壤中,很多领域都谈到了“三”。比如,《礼记》中说“卜筮不过三”,现代有“事不过三”,古代新婚夫妇有三拜,造字上三人成众、三木成森、三人成虎、三土成垚,哲学上的“一生二、二生三、三生万物”等等。

其中,老子《道德经》中的“一生二、二生三、三生万物”,也可以解释本文开篇商高的话。按照商高的解释,矩形是直角测量工具,方从矩中来,圆从方中来,而直角三角形由三点构成,是“一生二、二生三”的产物,最终由此演化出方形、圆形、各种不规则形状等,也即老子说的“三生万物”。老子“三生万物”的思想未必源于此,但要说两者毫无联系,可能很难让人相信。

文化源于社会实践,古人对“三”的高度重视,必然有其社会来源,而最可能的来源就是三足器。

按照科学逻辑来说,想要发现勾股定理,前提必然是较大规模地运用三角形,逐渐发现直角与非直角三角形的不同,然后天才的灵光一现,才会发现直角三角形勾三股四弦五的现象,最终由天才将之总结为勾股定理。

从如今考古来看,勾股定理的发现,始于9000年前出现的三足器,经过数千年的普及,与古人不断地探索,最终发现直角三角形的秘密——勾股定理,整个过程漫长而艰辛,却符合人类认识世界的逻辑。

与之相反的是,古希腊文明似乎不需要什么积累,毕达哥拉斯轻松就发现了“毕达哥拉斯定理”,之后的古希腊群贤也是如此,在没有漫长积累的情况下,突然集体灵光一现,就留下了无数不朽的科学著作。

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