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邮票上的数学元素欣赏

日期:2019-04-18人气:5335 评论:0 条发表评论

古代数学家

自新中国成立以来,第一套含有数学元素的邮票当属1955年发行的中国古代科学家(第一组)邮票,一套四枚,图案分别是祖冲之、李时珍、张衡、僧一行。

邮票中,在祖冲之像的正下方,印有“数学家,精确计算出圆周率为3.14159265”字样。这是世界数学史上第一次将圆周率π值计算到小数点后七位。

祖冲之(公元429年-公元500年)是我国杰出的数学家、科学家,南北朝时期人。在数学方面,除了对圆周率的计算外,他还同其子祖暅一起圆满地解决了球体积的计算问题,并对数学著作《九章算术》作了注释。他曾将自己的数学研究成果汇集成《缀术》一书,此书在一百多年后成为唐朝最高学府——国子监的算学课本,可惜今已失传了。因此,对祖冲之的数学成就,除上所述外,我们现在知之甚少。

至于对圆周率的记忆,相信如今大多数国人仍停留在千载之前南北朝时期的水平——记住小数点后的7位数。近日法国软件工程师Bellard宣称,他已经计算到了小数点后27000亿位,要花49000年才能读完。他的电脑花了整整131天时间才计算出这个圆周率的“最新精确值”,这个圆周率数据占用了至少1137GB的硬盘容量。在计算圆周率的过程中,Bellard使用改良后的查德诺夫斯基方程算法来进行圆周率的计算,并使用贝利-波温-劳夫算法来验证计算的结果。科学发展的加速度,很多时候都在我们的想象力之外。

1980年,中国邮政发行中国古代科学家(第三组),志号纪58,一套四枚,分别是明代科学家徐光启、战国水利家李冰、东魏农学家贾思勰和元代纺织技术家黄道婆(图三)。此套邮票设计精美,科学家两两相对,颇有神韵。此套面值只有0.84元的邮票,如今在邮市的收购价已经在400元人民币以上。

徐光启(1562年-1633年),在数学、天文、历法、军事、测量、农业和水利等方面都有贡献,是一位全才兼天才型的科学家。在数学方面的计算方法上,徐光启引进了球面和平面三角学的准确公式,并首先作了视差、蒙气差和时差的订正。尽管缺乏自己原创性的数学理论成果,但其对于数学的认识及接受程度在当时的中国人中间可谓首屈一指,其作为先驱者之一对中西文化交流尤其是数学文化交流做出了相当的贡献。在充分学习的基础上,他与意大利传教士利玛窦一起翻译并出版了欧几里得的著作《几何原本》,也是从那时起,“几何”这一中文翻译才正式作为一个数学名词并沿用至今。此外,包括“平行线”、“三角形”、“对角”、“直角”、“锐角”、“钝角”、“相似”等等中文的名词术语,都是他在翻译《几何原本》过程中反复推敲而确定下来的。1607年,《几何原本》中文版的前六卷正式出版,马上引起巨大的反响,成了明末从事数学工作的人的一部必读书,对发展我国的近代数学起了很大的作用。可惜后九卷的翻译工作因为徐光启父丧守制及明末混乱的社会政治形势而一直未能进行,这也成为徐光启终生的遗憾。

顺便说一下,与封建社会大多数科学家的境遇不同,徐光启一直做到了太子太保、文渊阁大学士兼礼部尚书这样的高官,位极人臣。当然,在那个时代,这与其数学乃至科学水平的关系不大。徐光启也曾希望利用其影响力推动当时的明朝政府发展数学。在一次疏奏中,他从历法、水利、音律、军事、财政、建筑、机械制造、舆地测量、医药、计时等十个方面详细论述了数学应用的广泛性,但终究未能在程朱理学一统天下的舞台上为数学争得一席之地。直到近三百多年后封建社会寿终正寝,数学才在中国又一次焕发了生机与活力。

2002年8月20日发行的《中国古代科学家(第四组)》,其中包含了战国医学家扁鹊,宋代天文学家苏颂,明代科学家宋应星和魏晋时期数学家刘徽。

刘徽,是我国东汉末年的大数学家。他本人并没有自成系统的数学理论著作传世,其主要的数学思想集中收录在《九章算术注》和《海岛算经》中。在这两部著作中,刘徽通过整理前人的数学思想并提出自己的创见,从而在基础数学运算以及面积体积计算等方面进行了多项具有开拓性的研究工作。例如他阐述了通分、约分、四则运算以及繁分数化简等的运算法则;在论述了无理方根存在的同时引进了新数,创造了用十进分数无限逼近无理根的方法;运用比率算法对线性方程组进行了有益的探索;利用“割圆术”的极限方法提出了关于多面体体积计算的刘徽原理;引入了“牟合方盖”这一著名的几何模型,对前面提到的祖冲之父子产生了重要影响;提出了重差术,采用了重表、连索和累矩等测高测远方法。他还运用“类推衍化”的方法,使重差术由两次测望,发展为“三望”、“四望”。而印度在7世纪,欧洲在15~16世纪才开始研究两次测望的问题。

密克罗尼西亚刘徽邮票

刘徽对中国古代数学发展的贡献可谓巨大,但与此不相称的是其本人在中国历史上的籍籍无名。现在的许多著作将刘徽称作“中国数学史上的牛顿”,这当然是从学术贡献的角度而言,因为除此之外,无论是生前的社会地位还是身后的社会影响,牛顿与刘徽之间都有着天壤之别。没有人知道刘徽具体的生卒年代——只是大约知道他生活在东汉末年;没有人知道他的人生经历——只能比较肯定地推测出他从未做过官;没有人知道是否有什么水果砸到了他的脑袋上,才引发了他的诸多奇思妙想;更不会有什么达官显贵在他死后争先恐后地给他抬灵柩……这就是中国古代科学家典型的生活状况,一叹。

现代数学家

在新中国发行的邮票中,有三位现代数学家的身影,将他们排列起来就是一部浓缩了的现代中国数学事业史,他们是——熊庆来、华罗庚、陈景润——我们所熟知的师徒三代。

1993年,邮电部发行中国现代科学家纪念邮票(第三组),中国数学界的一代宗师——熊庆来赫然在列。一并发行的是微生物学家汤飞凡、医学家赵孝骞和建筑学家梁思成。票面上熊庆来像的右方,就是熊教授1934年获法国国家科学博士学位的《关于无穷级整函数与亚纯函数》论文精华内容——熊氏无穷论。

同时,熊庆来教授还是一位以发现、培养人才为己任的大教育家。数学家许宝騄、段学复、庄圻泰,物理学家严济慈、赵忠尧、钱三强、赵九章,化学家柳大纲等均出自他门下。熊教授提携并培养华罗庚的故事在今人看来更像是一段传奇。1931年,时任清华大学算学系主任的熊庆来在《科学》杂志看到一篇发表于1930年的论文《苏家驹之代数的五次方程式不能成立的理由》。仔细读完论文,熊庆来把目光转向论文的署名“华罗庚”——这是一个陌生的名字。熊庆来多方打听,终于了解到华罗庚初中毕业后就辍学在家,在一家公司当职员。求贤若渴的熊庆来马上设法把华罗庚招到清华,让他边工作,边旁听数学课程。也正是在这几年,华罗庚完成了由数学爱好者向数学家的转变。

作为弟子辈的华罗庚早在1988年就出现在邮电部发行的中国现代科学家(第一组)中,四枚邮票分别是地质学家李四光、气象学家竺可桢、物理学家吴有训和数学家华罗庚。邮票上华老睿智亲切,背景则是其若干震惊全球数学界的研究成果。

作为熊氏门下的高徒,华罗庚继承了师尊求贤若渴、提携后学的大师风范。因研究哥德巴赫猜想而名扬四海的陈景润就是华罗庚发现的一颗明珠。

1966年,陈景润发表论文《表达偶数为一个素数及一个不超过两个素数的乘积之和》(简称“1+2”),成为哥德巴赫猜想研究上的里程碑,他所发表的成果也被称之为陈氏定理。这是关于哥德巴赫猜想迄今为止最好的结果。自此,人类距离“哥德巴赫猜想”的最后结果“1+1”仅一步之遥。陈景润的文章被誉为筛法的“光辉的顶点”。有人评价说,陈景润把当时的数学工具运用到了极致。

1999年,邮电部发行新世纪科技成果系列邮票,内容包括寒武纪早期澄江生物群,6000米水下机器人,2.16米天文望远镜和哥德巴赫猜想的最佳结果。画面中陈景润脑海里浮现着论文的手稿。

数学成就

2012年9月13日中国邮政发行一套票名为《里耶秦简》的特种邮票。这套邮票有两枚,分别是“乘法九九口诀”(左图)和“秦历日”(右图)。这两枚邮票应该说都是与数学有关, 尤其是第一枚“乘法九九口诀”,是目前世界上最早、最完整的乘法口诀表实物。

数学元素

澳门发行的幻方邮票。

   

2016年7月6日 香港主办2016年第57届国际数学奥林匹克比赛。为配合这项数学界的国际盛事,香港邮政发行邮票小型张,以志其盛 。邮票小型张展示“塞瓦定理”,而圆形邮票则展示一道由香港拟定并于 2010年国际数学奥林匹克采用的几何题。

杨辉三角

欧洲人称之为帕斯卡三角形,中国最早在11世纪由北宋人贾宪进行高次开方运算时提出,故有“贾宪三角”之称。南宋数学家杨辉因其影响更广而被称为“杨辉三角”。此图为元朝数学家朱世杰扩充“贾宪三角”成“古法七乘方图”。

中国算筹

公元前5世纪中国就出现了精细制作的算筹。(多哥邮票)

中国算盘

中国算盘制作简单, 使用方便, 配上运算口诀, 在中国流行了几百年。(利比里亚邮票)

邮戳显示德国数学教育家里斯(Adam Riese 1492-1559)研制的算盘。

1987年日本的《第13回世界会计师会议东京大会纪念》邮票上绘有身穿和服的女子打算盘的情景。

1972年澳大利亚发行的《第10届国际会计师大会》邮票描绘了从传统算盘到计算机电路的画面。

本文结合乐哉数学、 培杰国际  周涛《好玩的数学》等相关内容编写

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