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蔡天新:数学与人类文明(一)

中国校园文化网  www.ccca.org.cn  2008-2-26 17:41:32  通讯员推荐    

既然几何学是“尼罗河的赠礼”,那我们就来看看埃及人在这方面的成就。在一份古老的地方契约中,人们发现他们求任意四边形的面积公式,如果用a和b, c和d分别表示四边形的对边长度,S表示面积,则

S=(a+b)(c+d)/4

尽管这种尝试十分大胆,但却是相当粗略的近似,只有在长方形这个特殊情形下才是正确的。我们再来看圆面积的计算。在莱茵德纸草书第50题中,假设一直径为9的圆形,则其面积等于边长为8的正方形。如果比较圆面积计算公式,就会发现埃及人心目中的圆周率(如果有这个概念的话)相当于

(8·2/ 9)^2 ≈ 3.1605

让人惊讶的是,埃及人在体积计算(其目的是为了储存粮食)问题上达到了相当高的水平,例如他们已经知道圆柱体的体积是底面积乘高。又如,对高为h、上下底面分别是边长a和b的正边形的平截头方锥体的体积公式,埃及人得到的公式是(莫斯科纸草书第14题),

V = h/3 (a^2 + ab + b^2)

这个结论是正确的,这是一项非常了不起的成就。美国数学史家E·T·贝尔称其为“最伟大的金字塔”(注:在英文里,锥体和金字塔同一个字,即 pyramid。)

3、埃及分数

在石器时代,人们只需要整数,但进入到更为先进的青铜时代以后,分数概念和记号便随之产生了。从纸草书中我们发现,埃及人有一个重要而有趣的特点,喜欢使用单位分数,即形如1/n的分数。不仅如此,他们可以把任意一个真分数(小于1的有理数)表示成若干不相同的单位分数之和。例如,

2/5 =1/ 3 + 1/15
7/29=1/6 + 1/24 +1/58+1/87+1/232

埃及人为何对单位分数情有独钟,我们就不得而知了,无论如何,利用单位分数,分数的四则运算得以进行了,尽管做起来比较麻烦。也正因为如此,才有了被后人称埃及分数(Egyptian fractions) 的数学问题,这也是莱茵德纸草书中最有价值的问题。埃及分数属于数论的一个分支——不定方程(也称丢番图方程,以古希腊最后一个大数学家命名),它讨论的是下列方程的正整数解

4/n = 1/x(1)+ 1/x(2) +L+ 1/x(k)

埃及分数引出了大量的问题,其中有许多至今尚未获得解决,同时它还不断产生新的问题。可以毫不夸张地说,每年世界各国都有硕士、博士论文甚至大师们的工作是围绕着这个问题开展研究的。下面我们我们来举几个例子,20世纪匈牙利数学家爱多士(与陈省身分享沃尔夫奖)曾经猜测:

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