赵爽的数学哲学思想与应用价值

　　摘要：赵爽是东汉末年至三国时期的着名数学家，他在《周髀算经》的注文中提出许多新的数学见解。同时，他的数学思想及方法对中国整个数学体系的形成及发展都有着重要的作用。
　　
　　关键词：唐代 丝绸之路 极盛而衰 历史演变。
　　
　　赵爽是东汉末年至三国时期的着名数学家，同时也是中国历史上着名的天文学家，他大约生活在 3 世纪，生卒不详。他在数学上的成就主要表现为对勾股定理简洁的证明，重差术的理论，一元二次方程的求解及根与系数的关系四个方面的贡献。2 世纪，赵爽开始深入研究《周髀算经》，该书是中国历史上最古老的天文学着作，其中就有对“勾股圆方图”的注释，总结出中国古代的勾股定理，这是对中国数学史的巨大贡献。另外，赵爽还在此基础上进行了创新，提出了新的证明公式。赵爽在数学方面的成就主要体现其所撰写的《勾股圆方图》，是中国历史上第一次明确给出勾股定理明确证明的着作，而且这种证明简单实用，至今仍在沿用。赵爽还创造出世界上最早的求根公式，并对《九章算术》中的分数计算方法上升到理论高度，创立了“齐同术”,足见称其为数学宗师是非常恰当的。
　　
　　一、赵爽数学思想产生的社会背景。
　　
　　1.来源于人类实践活动的数学思想。赵爽在《周髀算经》的注文中提到“:大禹治水，望山川之形，定高下之势，除滔天之灾，勾股之所由生也。”这就说明，大禹治水时期便采用了疏通河流的办法使大水流往大海，而无“浸溺逆”,这也是勾股定理产生的重要原因。赵爽的这一思想与古希腊数学家欧弟姆斯对几何学的产生的思路不谋而合，欧弟姆斯曾说“:几何学是埃及人发现的，是在测量土地的过程中产生的，因为那时候的尼罗河泛滥成灾，经常冲毁良田，这种几何学的测量技术是必要的。”[1]17所以，几何学起源于土地测量，一般从事农业生产的民族都有着丰富的几何学知识。恩格斯曾说，数学是根据人的需要产生的，是从丈量土地面积、计算器具容积中产生的，是一种有目的改造客观世界的活动中产生的。所以，赵爽的数学思想也来源于实际，以满足于客观世界的需要。
　　
　　2.吴国推行发展教育的文教政策。根据史料考证，赵爽为三国时期吴国人，由于当时吴国为战事需要采取了一系列发展生产的措施，使得社会经济有了较大的进步。同时，在思想及文学领域也出现了秦汉以来前所未有的局面，其中数学思想的进展尤为明显。当时的吴国推行了发展数学教育的文教政策，孙权于黄武三年推行“改四分，用乾象历，诏令教学诸子”.永安二年，孙休推行教学为先的政策“,道世冶性，为时养器”.当时吴国推行的这些教育建国，培养人才的措施，极大推进了社会的发展及经济的繁荣。当时，吴国还在地方设立官学“,济阳人笃学好古，瑜厚之，使百人受业，遂立学官”.虽然吴国“学官”措施推行并没多久，但当时确实出现许多的数学及天文人才，如陈驰善九章术，与汉代许商、王柔并称。除官学之外，吴国也非常流行私学，如“虞凡讲学不倦，门徒数百人，又为《老子》、《荀子》、《国语》训注”.吴国的私学者多潜心学术，热爱教学工作，对教育事业全心投入，《周髀算经注》中就有“后学之徒知数皆然”[2]73.
　　
　　二、赵爽的数学哲学思想与应用价值。
　　
　　1.“数形”与“归纳、演绎”统一的思想。赵爽在《周髀算经注》中提到“:数之法理出于方圆，方圆者天地之形状，阴阳之数，陈方圆之形，以见其象，因奇偶之数，以制其法。物有方圆，数有奇偶，天动为圆其数奇，地静为方其数偶。”所以，赵爽的天地之形含有几何方面的内容，同时，数之法出于圆方也含有代数思想。就是说，通过数的计算，着重考察图形中数的关系，通过得出的数值来解决实际生活问题。同时，也可以通过“形”的直观解决数的算法，这就将数形完美结合在一起。其实，数与形的结合并不是偶然产生的，中国作为一个农业大国，在丈量土地、储存粮食、开挖水渠时都会遇到大量关于面积、体积的问题，如用代数方法解决几何问题将起到事半功倍的效果。实际上，数与形并不是完全分开的，在计算长度、面积的时候就很容易将两者联系起来。赵爽的《周髀算经注》便体现这种数形统一的思想。
　　
　　归纳是将特殊或个别的事物中概括出一般性的结论，而演绎则是由一般原理推出个别或特殊事物的结论。归纳与演绎是人们认识事物过程中相辅相成的两个方面。赵爽的数学思想中包含归纳、演绎统一的思想，在其《周髀算经》注文中提到“:善哉，言明晓之意，所谓问一事而万事达。”这里的“问一事而万事达”就是从个别到一般的归纳思维过程。他还曾提到“:引而伸之，触类而长之，天下事毕矣。”[3]77这又从一般原理引申出个别的演绎思维过程。所以，赵爽在数学研究中将归纳与演绎两者统一起来“,勾股各自乘，并之为弦实，开方除之即为弦”.这就是从个别到一般的推理过程。所以，验证数学命题的真伪就需要通过演绎推理来实现。赵爽在其《勾股圆方图注》中有十多个命题，并全部采用演绎推理的方式给出了证明。
　　
　　2.“变与不变”的思维方法及“实用”的数学思想。客观事物是不断发生变化的，且事物的大多数性质也会发生改变，而有些性质却相对稳定，这就是变与不变的性质，即事物的相对稳定性。赵爽在证明勾股定理的过程中，就是将圆形进行“割补”,其面积却保持不变，这即为“变与不变”数学思维，赵爽通过“割补”的方式证明勾股定理是非常巧妙的，他说“形诡而量均，体殊而数齐”,即体形虽然有差异，但数量是不变的。将一个形体首先分割为有限的分体，然后再拼凑起来，便成为一个与它等面积的新个体。赵爽的这一“变与不变”思想对中国古代几何的发展有着重要影响。刘徽在其《九章算术注》中将这种出入相补的思想视作以后“演段法”的基础。中国传统数学的平面几何问题一般都采用这种“出入相补”的拼凑方法进行处理。直到 12 世纪，国外才有关于赵爽这种“割补”方法的证明，由当时印度数学家巴斯卡兰给出，晚于赵爽的近九百多年。
　　
　　数学来源于实际并应用于实际，作为一门研究空间形式与数量关系的科学，数学有广泛的用途。中国古代传统数学是以实用为目的的，其内容大多与生产及生活实际相关，并广泛用于生产生活各方面，这也使得中国传统数学长期处于世界数学的领先地位。赵爽也有着深厚的数学实用思想，他在《周髀算经》的注文中提到“:万事万物圆方用矣，大匠造制而有规矩。”所以，他明确指出圆方的设计可用于万事万物“,大匠造制”则充分说明数学应用的广泛性及其价值意义。
　　
　　三、赵爽的数学成就及重要历史贡献。
　　
　　1.《周髀算经注》透析了数学之理。南宋数学家称赵爽为“乘勾股竹黄之实，以近开方之妙，百世之下莫人能及，算学宗师也”.赵爽在他的《周髀算经注》中详细注解了勾股术法之妙，透析了数学教育之理。根据史料考证，赵爽曾经深入研究了刘洪撰写的《乾象历》及天文学家张衡的《灵宪》等着作，并多次谈及算学之术。在出入相补方面，图形的总面积总保持不变，这就是赵爽创立的“割补之术”.同时，他还为《九章算术》进行了注释，并将其归纳为出入相补原理，这也成为后世“演段术”形成的重要基础。另外，赵爽还在其注文中提到与韦达定理类似的结果，并进一步研究一元二次方程的解法，证明了与其相关的二十多个命题。其实，赵爽还是一个未脱离体力劳动的数学家，他曾说自己一直在从事体力劳动的时候进行《周髀》的研究工作，最终完成了《周髀算经注》。该作品大约成书于前 100 年前后，是一部关于构图定律、分数运算的数学着作。在《周髀算经注》中，赵爽对原作的经文进行逐段逐句的解读，其中尤以勾股圆方图最为精彩，简练的五百多字高度概括了《周髀算经》的主要内容。
　　
　　2.推动中国传统数学思想的发展。在相当长的时间内，中国的数学长期处于世界领先地位。数学作为一门研究空间与数量关系的学科，有着现实的应用需要，中国传统数学体系就是在此基础上建立的，并广泛应用于社会实际。赵爽的数学思想极大地推动了中国传统数学的发展，同时在传统数学思想的影响下，赵爽在其《周髀算经》的注文中多次证明了数学的实际操作意义及应用的广泛性。赵爽曾指出，为了有效解决实际问题，通过考察图形中的数量关系及运算关系，就可以得到人们所需要的数值。赵爽认为“:夫高者莫大于天，厚广者莫广于地，皆可导仪验其长短。”他将自然界看作是一个相互联系的物质集合，并可以通过仪器间接测量出来。赵爽认为数学能应用于天地之道，神明之德，这是其承袭中国历代数学家思想的反映。他对商高的测量方法中提到“:以水绳之，慎毫厘之差，防千里之失，既可追求情理，又可造制画方。”[4]57这段内容记述了赵爽通过勾股定理进行测量的方法，充分体现其经世致用的实用思想。
　　
　　3.数学与数学教育方面的创新。《周髀算经》采用问答的形式，由此可知其属于数学教材，而赵爽的《周髀算经注》则属于数学教材的指导用书，他在《周髀算经注》中的“统叙群伦，裁制万物”思想，展示其先进的数学教育思想。《周髀算经》中有对勾股定理经典的描述，即“勾广三，股修四，径隅五”.然而，在赵爽的注文中则给出了勾股定理的一般形式，即“勾股各自乘，并之为弦实”,这就将数学知识推广开来。赵爽继承了孔子的启发式教学模式“,凡教之道， 举一隅，反之以三也”.他还根据自己多年的数学教学经验，总结出数学教育的一般规律，最后达到“启发”的效果。其实，学习是一项艰苦的智力劳动，只有学思结合才能最终完成“,不精思，不学习，则言吾无隐”.所以，赵爽一直反对反而不思的学习方式，并提倡“精思、善思、深思”,这样才能开阔思维。“言吾无隐”便是引用孔子的教学思想，即“尽其知”,毫无隐瞒。所以，赵爽还是一位“不隐其学”的数学教育家。赵爽的“熟思”理念，就是强调要发展学生的思维，调动其学习的积极性，同时引导学生独立思考。由此可知，赵爽不但在数学上有着极高的造诣，而且还是在数学教育上有着较高水平的数学大师。在数学教育上，赵爽的“贯幽人微，钩深致远”思想，便是对数学学习过程及学生心理状态的把握。他总结的“审问、累思、所学、通类、精习”五个学习环节是一种由感性到理性的认识过程，这也是儒家学习论的核心。
　　
　　参考文献：
　　
　　[1]唐斌如。赵爽的数学哲学思想[J].南昌教育学院学报，2009（4）。　　
　　[2]陈德华。中国古代算家的成就与治学思想[M].云南大学出版社，1998（3）。　　
　　[3]童建华。算学宗师赵爽的数学教育思想[J].西南民族大学学报，2009（1）。　　
　　[4]郭树春。中国科学技术典籍通汇[M].河南教育出版社，2005（5）。