中国古代数学有什么成就

中国古代数学有什么成就

附上一篇本科修科学史时整理的一份资料。里面写了大概有17项成就（大概还有很多

我没写到的成就）。

有两个遗憾，

1）绝大多数成就都没传播到全世界。受地理、文化因素影响，古代中国和世界的数学

交流非常有限，也难以对世界数学的发展历程产生重大影响。

2）公理化体系缺失。

正文：

中国数学起源于上古至西汉末期，中国数学的全盛时期是隋中叶至元后期。接下来在元

后期至清中期，中国数学的发展缓慢。

十七个成就

纵观中国数学发展史，中国古代在数学方面的成就其实也算足以开一座陈列馆，这里就

十进位制记数法在我国原始社会就已经形成，完成于奴隶社会初期的商代，到商代已发

展为完整的十进制系统，并且有了“十”、“百”、“千”、“万”等专用的大数名称。

1899年从河南安阳发掘出来的象形文字，说明我国在公元前1600年，已经采用了十

进位值制记数法，早于第二发明者印度1000多年。0是极为重要的数字，0的发现被

称为人类伟大的发现之一。 “0”这一数学符号的发明应归功于公元6世纪的印度人。

他们最早用黑点（·）表示零，后来逐渐变成了“0”。 0在我国古代叫做金元数字，(意

即极为珍贵的数字），说起“0”的出现，应该指出，我国古代文字中，“零”字出现

很早，使用也较广泛。

（2）二进位制思想起源。源于《周易》中的八卦法，早于第二发明者德国数学家莱布

尼兹（公元1646—1716）2000多年。

著名的哲学家、数学家莱布尼茨(1646—1716)发明了对现代计算机系统有着重要意义

的二进制，不过他认为在此之前，中国的《易经》中已经提到了有关二进制的初步思想。

从《易经》可以看到二进制的起源，中国古代的二进制运用与现代电子计算机中的运用

相同。我国上古的伏羲时代就有了《周易》，《周易》是研究日月之间的变化的一门科

学，通过卦爻来说明天地之间、日月系统以内人生与事物变化的大法则，就借助了二进

制手段。

（3）几何思想起源。源于战国时期墨翟的《墨经》，早于第二发明者欧几里德（公元

前330—前275）100多年。

著名的《墨经》中给出了某些几何名词的定义和命题，例如：“圆，一中同长也”、“ 平，

同高也”等等。墨家还给出有穷和无穷的定义。

《墨经》中有8条论述了几何光学知识，它阐述了影、小孔成像、平面镜、凹面镜、凸

面镜成像，还说明了焦距和物体成像的关系，这些比古希腊欧几里德（约公元前330

—275）的光学记载早百余年。在力学方面的论说也是古代力学的代表作。对力的定义、

杠杆、滑轮、轮轴、斜面及物体沉浮、平衡和重心都有论述。而且这些论述大都来自实

践。《墨经》光学八条，反映了春秋战国时期我国物理学的重大成就。

（4）勾股定理（商高定理）。发明者商高（西周人），早于第二发明者毕达哥拉斯（公

元前580—前500）550多年。

勾股定理是几何学中一颗光彩夺目的明珠，被称为“几何学的基石”，而且在高等数学

和其他学科中也有着极为广泛的应用。正因为这样，世界上几个文明古国都已发现并且

进行了广泛深入的研究，因此有许多名称。西方称毕达哥拉斯定理或毕氏定理（英文：

Pythagorean theorem或Pythagoras's theorem）是一个基本的几何定理，相传由

古希腊的毕达哥拉斯首先证明。据说毕达哥拉斯证明了这个定理后，即斩了百头牛作庆

祝，因此又称“百牛定理”。 法国和比利时称为驴桥定理，埃及称为埃及三角形。

我国是发现和研究勾股定理最古老的国家之一。我国古代数学家称直角三角形为勾股形，

较短的直角边称为勾，另一直角边称为股，斜边称为弦，所以勾股定理也称为勾股弦定

理。在中国，在公元前1000多年前，《周髀算经》记载了勾股定理的公式与证明，相

传是在商代由商高发现，故又称之为商高定理；三国时代的赵爽对《周髀算经》内的勾

股定理作出了详细注释，又给出了另外一个证明。目前初中数学教材的证明方法采用赵

爽弦图，证明使用青朱出入图。

赵爽弦图青朱出入图

勾股定理是一个基本的几何定理，它是用代数思想解决几何问题的最重要的工具之一，

是数形结合的纽带之一。

（5）幻方。我国最早记载幻方法的是春秋时代的《论语》和《书经》，而在国外，幻

方的出现在公元2世纪，我国早于国外600多年。

幻方又称为魔方，方阵或厅平方，它最早起源于我国，宋代数学家杨辉称之为纵横图。

幻方的幻在于：无论取哪一条路线，最后得到的和或积都是完全相同的，即在一个由若

干个排列整齐的数组成的正方形中，图中任意一横行、一纵列及对角线的几个数之和或

积都相等，具有这种性质的图表，称为“幻方”。我国古代称为“河图”、“洛书”， 中

国汉朝的数术记遗中，称之为九宫算，又叫九宫图。又叫“纵横图”。

在中国古典文献《易经》中记载了洛书的传说：公元前23世纪大禹治水之时，一只巨

大的神龟出现于黄河支流洛水中，龟甲上有9种花点的图案，分别代表1,2,3,4,5,，6,7,8,9

这9个数，而3行、3列以及两对角线上各自的数之和均为15，世人称之为洛书。

南宋数学家杨辉著《续古摘奇算法》把类似于九宫图的图形命名为纵横图，书中列举3、

4、5、6、7、8、9、10阶幻方。其中所述三阶幻方构造法：

“九子斜排，上下对易，左右相更，四维挺出，戴九履一，左三右七，二四为肩，六八

为足”，比法国数学家Claude Gaspar Bachet提出的方法早三百余年。

三阶幻方。射雕英雄传里黄蓉也背过这段三阶幻方的口诀。

幻方最早记载于我国公元前500年的春秋时期《大戴礼》中，这说明我国人民早在2500

年前就已经知道了幻方的排列规律。而在国外，公元130年，希腊人塞翁才第一次提

起幻方。

我国不仅拥用幻方的发明权，而且是对幻方进行深入研究的国家。公元13世纪的数学

家杨辉已经编制出3－10阶幻方，记载在他1275年写的《续古摘厅算法》一书中。在

欧洲，直到1514年，德国著名画家丢勒才绘制出了完整的四阶幻方。

（6）分数运算法则和小数。中国完整的分数运算法则出现在《九章算术》中，它的传

本至迟在公元1世纪已经出现。印度在公元7世纪才出现了同样的法则，并被认为是此

法的“鼻祖”。我国早于印度500多年。

中国运用最小公倍数的时间则早于西方1200年。运用小数的时间，早于西方1100多

年。

（7）负数的发现。这个发现最早见于《九章算术》，这一发现早于印度600多年，早

于西方1600多年。

据史料记载，早在两千多年前,我国就有了正负数的概念，掌握了正负数的运算法则。我

国三国时期的学者刘徽在建立负数的概念上有重大贡献。刘徽首先给出了正负数的定义，

他说：“今两算得失相反，要令正负以名之。”意思是说，在计算过程中遇到具有相反

意义的量，要用正数和负数来区分它们。刘徽第一次给出了区分正负数的方法。他说：

“正算赤，负算黑；否则以邪正为异”。 我国古代著名的数学专著《九章算术》（成

书于公元一世纪）中，最早提出了正负数加减法的法则：“正负数曰：同名相除，异名

相益，正无入负之，负无入正之；其异名相除，同名相益，正无入正之，负无入负之。”

除《九章算术》定义有关正负运算方法外，东汉末年刘烘（公元206年）、宋代扬辉

（1261年）也论及了正负数加减法则，都与九章算术所说的完全一致。特别值得一提

的是，元代朱世杰除了明确给出了正负数同号异号的加减法则外，还给出了关于正负数

的乘除法则。负数在国外得到认识和被承认，较之中国要晚得多。在印度，数学家婆罗

摩笈多于公元628年才认识负数。直到十七世纪荷兰人日拉尔（1629年）才首先认识

和使用负数解决几何问题。

（8）盈不足术。又名双假位法。最早见于《九章算术》中的第七章。在世界上，直到

13世纪，才在欧洲出现了同样的方法，比中国晚了1200多年。

盈不足术是我国古代计算盈亏类问题的一种算术方法，借有余、不足以求隐含之数，为

《周礼》九数之一。《九章算术·盈不足》：“今有共买物，人出八，盈三；人出七，不

足四。问：人数、物价各几何？答曰：七人，物价五十三。”。在11—13世纪一些阿

拉伯数学家的著作中，也出现了盈不足术，并称之为天秤术或契丹算法。当时阿拉伯人

所说的“契丹”,即指中国，这也说明古代中国的盈不足术处于世界前沿。

（9）方程术。与现今不同，线性方程组在古代称为方程，其解法称为方程术。最早出

现于《九章算术》中，其中解联立一次方程组的方法，早于印度600多年，早于欧洲

1500多年。在用矩阵排列法解线性方程组方面，我国要比世界其他国家早1800多年。

（10）最精确的圆周率“祖率”。中国数学家刘徽在注释《九章算术》时（公元263

年）只用圆内接正多边形就求得π的近似值，得出精确到两位小数的π值，他的方法被

后人称为割圆术，其中有求极限的思想。南北朝时代的数学家祖冲之利用割圆术进一步

得出精确到小数点后7位的π值（公元466年），给出不足近似值3.1415926和过剩

近似值3.1415927，还得到两个近似分数值，密率355/113和约率22/7，其中密率是

分子分母在1000以内的最佳值，欧洲直到十六世纪德国人鄂图（valentinus otto）和

荷兰人安托尼兹（isz)才得出同样结果；这一纪录在世界上保持了一千年之久。

为纪念祖冲之对中国圆周率发展的贡献，将这一推算值用他的名字被命名为“祖冲之圆

周率”，简称“祖率”。阿拉伯数学家卡西在15世纪初求得圆周率17位精确小数值，

打破祖冲之保持近千年的纪录。德国数学家柯伦于1596年将π值算到20位小数值，后

投入毕生精力，于1610年算到小数后35位数，该数值被用他的名字称为鲁道夫数。

（11）等积原理。又名“祖暅”原理。保持世界纪录1100多年。

等积原理是由我国南北朝杰出的数学家祖冲之的儿子祖暅（数学家、天文学家）首先提

出来的。他同其父祖冲之一起圆满解决了球面积的计算问题，得到正确的体积公式。现

行教材中著名的“祖暅原理”，在公元五世纪，是祖暅对世界数学的杰出贡献。祖暅总

结了刘徽的有关工作，提出“幂势既同则积不容异”，即“等高的两立体，若其任意高

处的水平截面积相等，则这两立体体积相等”，这就是著名的祖暅公理（或刘祖原理）。

祖暅应用这个原理，解决了刘徽尚未解决的球体积公式。该原理在西方直到十七世纪才

由意大利数学家卡瓦列利﹝Bonavent uraCavalieri﹞发现，比祖暅晚一千一百多年。

（12）二次内插法。隋朝天文学家刘焯最早发明，早于“世界亚军”牛顿（公元1642

—1727）1000多年。

我国古代早就发明了内插法（内插法是用一组已知的未知函数的自变量的值和与它对应

的函数值来求一种未知函数其它值的近似计算方法，是一种数值逼近求法，天文学上和

农历计算中经常用的是白塞尔内插法。内插法当时称为招差术，如公元前1世纪左右的

《九章算术)中的“盈不足术”即相当于一次差内插(线性内插)；公元600年，隋代刘

焯在制订《皇极历》时，在世界上最早提出了等间距二次内插公式(抛物线内插)；这在

数学史上是一项杰出的创造，唐代僧一行在其《大衍历》中将其发展为不等间距二次内

插公式；元朝作《授时历》的郭守敬进一步发明了三次差内插法。在刘焯1000年后，

郭守敬400年后，英国牛顿才提出内插法的一般公式。

（13）增乘开方法。增乘开方法为中国古代数学中求高次方程数值解的一般方法，在现

代数学中又名“霍纳法”。

我国宋代数学家贾宪最早发明于11世纪，比19世纪英国数学家霍纳提出的时间早800

年左右。它由11世纪的贾宪首创，中经12世纪的刘益，到13世纪秦九韶最后完成，

19欧洲出现的霍纳法的步骤以及现代数学中综合除法的原理与它相同。该方法由《九

章算术》的开方术衍生而来，经过贾宪、刘益、杨辉等人的推广和传播，到13世纪被

发展成为求高次方程数值解的系统方法，秦九韶、李冶、朱世杰的著作中都有记载，其

中以秦九韶的《数书九章》论述最为详细。霍纳在1819年发表的《解所有次方程》论

文中的算例，其算法程序和数字处理都远不及五百多年前的秦九韶有条理；秦九韶算法

不仅在时间上早于霍纳，也比较成熟。增乘开平方法是北宋数学家贾宪发明的开方法，

原收《释锁算书》一书。贾宪原作已佚，但他对数学的重要贡献，被南宋数学家杨辉引

用，被抄入《永乐大典》卷一万六千三百四十四，幸得以保存下来，现存英国剑桥大学

图书馆。

（14）杨辉三角。杨辉三角形，又称贾宪三角形，帕斯卡三角形，是二项式系数在三角

形中的一种几何排列，实际上是一个二项展开式系数表。它本是贾宪创造的，见于他著

作《黄帝九章算法细草》中，后此书流失，南宋人杨辉在他的《详解九章算法》中又编

此表，故名“杨辉三角”。 杨辉三角最本质的特征是，它的两条斜边都是由数字1组

成的，而其余的数则是等于它肩上的两个数之和。杨辉三角形所蕴含的数字排列规律，

让我们在感受数学美的同时，也体会到它的趣味性和实用性。

在世界上除了中国的贾宪、杨辉，第二个发明者是法国的数学家帕斯卡（公元1623—

1662），他的发明时间是1653年，比贾宪晚了近600年。

（15）中国剩余定理。又称孙子定理，是中国古代求解一次同余式组的方法。中国剩余

定理，实际上就是解联立一次同余式的方法。这个方法最早见于《孙子算经》，1801

年德国数学家高斯（公元1777—1855）在《算术探究》中提出这一解法，西方人以为

这个方法是世界第一，称之为“高斯定理”，但后来发现，它比中国晚1500多年，因

此为其正名为“中国剩余定理”， 它是数论中一个重要定理。

（16）数字高次方程方法，又名“天元术”。 中国古代求解高次方程的方法。13世纪，

高次方程的数值解法是数学难题之一。 天元术是中国古代的代数学方法之一种，是中

国古代建立高次方程的方法。1248年，金代数学家李冶在其著作《测圆海镜》、《益

古演段》中，系统地介绍了用天元术建立二次方程，并巧妙地把它表达在筹算中。元代

数学家王恂广泛使用天元术解高次方程。这个方法早于世界其他国家300年以上，为

以后出现的多元高次方程解法打下很好的基础。

（17）招差术。招差术即高次内插法，是现代计算数学中一种常用的插值方法，也就是

高阶等差级数求和方法。从北宋起中国就有不少数学家研究这个问题，到了元代，朱世

杰首先发明了招差术，使这一问题得以解决。在世界上，比朱世杰晚近400年之后，

牛顿才获得了同样的公式。中国古代关于高阶等差数列和的差分能否相分于求内插公式

的方法。朱世杰的《四元玉鉴》（1303）卷中“如像招数”中的问题都是讨论招差问

题的。

其中朱世杰给出了一个四次招差公式：

这与牛顿插值公式一致，但牛顿提出这一公式晚于朱世杰三百多年。

招差术的创立、发展和应用是中国数学史和天文学史上具有世界意义的重大成就。

总的来说，中国古代的数学发展缺乏公理化体系。而这恰恰是从初等数学到高等数学发

展的瓶颈。中国数学从一开始就没有向公理化发展的倾向，更多的是对某类具体问题的

解法或者对某类规律的归纳。而西方数学家的代表人物欧几里得所做的最重要的工作可

以说就是几何学的公理化。《几何原本》就是以数个不证自明的公理为基础的公理化体

系的著作。这种方式建立的所谓数学的和谐之美、简洁之美。这位古希腊数学家对整个

欧洲科学都影响深远。牛顿最重要的著作《自然哲学的数学原理》就是沿用的这种公理

化体系的过程。对现象的描述，再把这类有规律的现象整理为最基本的数个公理、定律，

再运用这些定律解释更复杂的现象。其最更根本的便是万有引力定律，以及三大运动定

律。以当时的水平来讲，这样就足以“预言万物的运动”了。

另外，中国古代数学水平的落后是和整个科技水平的落后也是联系在一起的，两者是共

进共退的。中国古代科技水平的衰落那就是另一个大问题了。

（可以参考我的另一个回答：Summer Clover：为什么中华五千年，自然科学的发展

比不上欧洲？）

1.《探究勾股定理》同济大学出版社

2.《 神奇的纵横图》 王前卫

3.《九章算术》张苍 耿寿昌

4.《杨辉三角与棋盘形街道走法》琚国起有