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五求素数及其幂的分拆——没有规矩不成方圆 倪则均,2015年7月19日。

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发表于 2015-7-19 12:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
(西汉杨雄的《太玄经》上说:“夫物不因不生,不革不成。
故知因而不知革,物失其则;知革而不知因,物失其均。”)
1,远古的万能测量工具。
《周髀算经》最初应该成书于西周早期,这是一部集数学、天文、历法于一体的科学著作,其中的数学则是重点介绍了,将形与数相互融合在一起的勾股问题。《周髀算经》一开始,就假借了周公与商高之间的问答形式,介绍了万能测量工具“矩”的来历及其数学原理。接着又指出正是由于我国史前的那场特大洪水,迫使大禹开发出了“矩”的万能测量功能,由此战胜了这场特大洪水。然而,对于如此简单明了的介绍,却被我国的数史学家们,引发出了种种奇谈怪论。有人说商高实际上是证明了勾股定理,因此应该称之为商高定理,其实,商高只是介绍了勾股定理,但是他并没有严格证明勾股定理。
商高是我国商代的数学大师,周公旦是周武王的弟弟,是我国儒家的开山始祖,因此,周公与商高之间的对话完全是虚拟的。我国首先证明勾股定理的人,应该是三国时期的刘徽或赵爽。由于刘徽和赵爽的生平,全都缺乏相关的史料,因此我们不知道他们俩人,到底谁比谁更早。现在我们只知道,刘徽根据他的“割补术”运用了数形关系,证明勾股定理的几何方法,其法富有东方智慧,特色鲜明、通俗易懂。
刘徽对于他的青朱出入图作了以下描述:“勾自乘为朱方,股自乘为青方,令出入相补,各从其类,因就其余不动也,合成弦方之幂。开方除之,即弦也。”其大意为,一个任意直角三角形,以勾宽作红色正方形即朱方,以股长作青色正方形即青方。将朱方、青方两个正方形对齐底边排列,再进行割补—以盈补虚,分割线内不动,线外则“各从其类”,以合成弦的正方形即弦方,弦方开方即为弦长。赵爽的证明更为奇特,他居然只给出了一张,没有一字说明的“弦图”,就已经作出十分严密的证明。
我国古代对于勾股问题的认识,应该首先是从勾股整数开始的,这是因为“河图”里的天数之和1+3+5+7+9=25,正是5的平方,而“洛书”正是3的平方,于是即可发现52=1+3+5+7+32=42+32。因此,我国古代首先得到这一组最小的勾股整数,应该属于顺理成章的事情,也是毋庸置疑的事情。接着就会有人发现,对于长为4宽为3的长方形来说,其对角线的长度必定为5,由此发现了几何上的勾股定理。我国古代的万能测量工具“矩”,就是勾股整数与勾股定理相结合的产物,也是我们人类首次将算术与几何,这两种完全不同的数学,融合为一体的一个尝试。
现在居然有人说,大禹运用了“矩”的万能测量功能,战胜了那场特大洪水,属于神话传说不足为信。或许这些人可以否定《周髀算经》上的文字记载,但是他们总不能无视那些已经出土的六七千年前的古村落遗址。这些人对于自己老祖宗的东西,总是喜欢百般挑剔,然而,对于外国人的东西却总是那么笃信无疑。他们相信古希腊毕达哥拉斯学派的“百牛(皮)定理”,他们相信古巴比伦人的弥天大谎。他们总是喜欢吹嘘西方数学里的,那些毫无根据胡编乱造的东西。
隋代高昌故址阿斯塔那墓室,出土了一幅彩色的绢画“伏羲女娲交尾图”,图中的伏羲右手拿着的是可以画圆的“规”,女娲的左手则是握着可以画方的“矩”。下面的那个“伏羲女娲交尾图”石刻,应该就是出土的那幅彩色绢画的原本,但是笔者一直未能找到他的出处。总之,自古以来,我们中国人是十分讲究守规矩的,不管是处世为人,还是当官做学问,都得循规蹈矩。然而,我们中国人的这些规矩,却被史无前例的“无产阶级文化大革命”,冲击得所剩无几了,打破是十分容易的,重建却是极其困难。


2,勾股整数的重大意义。
勾股问题自古至今都是最富活力的数学产物,对于勾股问题的认识与应用,可以作为衡量一个民族数理水平的标志。勾股定理的重大意义,主要表现在以下四个方面:
⑴勾股定理是联系数学中最基本也是最原始的两个对象——数与形的第一定理。
⑵勾股定理导致不可通约量的发现,从而深刻揭示了数与量的区别,即所谓“无理数"与有理数的差别,这就是所谓第一次数学危机。
⑶勾股定理开始把数学由计算与测量的技术转变为证明与推理的科学。
⑷勾股定理中的公式是第一个不定方程,也是最早得出完整解答的不定方程,它一方面引导到各式各样的不定方程,另一方面也为不定方程的解题程序树立了一个范式。
有人甚至认为这个问题具有“宇宙的”普遍性,可以作为“智慧生命”的标志。1820年高斯甚至建议,要在俄罗斯的西伯利亚原始森林地带,建立一个巨大无比的勾股图形,中心的直角三角形用以种植小麦,紧邻它的三边上的正方形栽上枞树。这样“外星人”用望远镜看地球时,就会了解到在我们的星球上,存在着一个理解勾股定理的智慧生物种族,而能够观察到我们的外星人也一定认识到了勾股定理,否则他们就无法制成望远镜。
1977年,美国发射了旅行者1号和2号二艘宇宙飞船,它们的任务是寻找外星文明。它们携带了二幅介绍我们地球人自己身份的图片,其中的一幅图是运用圆点所表示的四阶完全幻方。所谓四阶完全幻方是指,不仅其所有的行和列上的数字之和全为34,而且其所有斜向对折角线上的四个数的和也全都等于34。然而,这种的完美的四阶幻方,不仅显得有些臃肿,而且此图还不具唯一性。其实在所有的各阶幻方之中,只有我国最古老的“洛书”,才不仅具有唯一性,而且图形也最为简洁。
另一幅图则是《几何原本》上证明勾股定理的示图。其实此图如果改用赵爽的“弦图”,即可一并也给出一组最小的勾股整数——勾三,股四,弦五,岂不更为全面。那么,为什么美国航天局就是不肯采用更好的“弦图”和“洛书”呢?我想原因只有一个,就是因为西方数学一直都在千方百计,要想抹去中国数学对于世界数学的影响,因为,如果采用了“弦图”和“洛书”,这种影响岂不是永远都无法抹去,所以我国的“弦图”和“洛书”再好,他们也都是不肯用的。
然而,中国数学的影响能如此轻易的就抹去吗?第24届国际数学家大会,于2002年在北京召开,我国特意选择了上面赵爽的那幅“弦图”,作为大会的会标,高悬在金碧辉煌的人民大会堂的主会场上。这是不用再作任何文字说明,就能证明勾股定理的图形,这个证明方法不仅是简洁明了,直达其意,而且充分昭示了我国古代数学的博大精深,那些参加会议的外国数学家们,看到此图总不会毫无感触吧!

3,成也萧何,败也萧何。
我国黄河流域的上游一带,是广阔的黄土高原,土质疏松,便于耕作,所以那里的黄帝部落,大约在六七千年前,就已经率先进入了农牧社会,创造了它们所特有的结绳文化。“河图”和“洛书”,应该是黄帝部落传承至今的数学。大约在四千多年前,在我们的中华大地上,连续发生了两场旷日持久的十分惨烈的混战,第一场大战是涿鹿之战,第二场大战是阪泉之战,参战的三方全都付出了极其沉痛的代价。
阪泉大战之后,黄帝部落的绳结文化,长期被统治阶层所推崇,当作了他们的治国重器,蚩尤部落的刻痕文化,则散落于民间,服务于大众的日常生活,真可谓是各行其道相安无事,这种情况直到姜尚助周灭商之后,才是有所改变。《尚书•顾命》篇记录了周成王逝世时的一些情景:“赤刀,大训,弘璧,琬琰,在西序。大玉,夷玉,天球,河图在东序。”这是对于河图最早的记载。
从河图到洛书,从洛书到周易,可谓是顺理成章,因为它们都是形数融合于一体的数学。然而,儒家的《周易•系辞》上却说:“河出图,洛出书,圣人则之。”,说明不管是黄帝的“河图”和“洛书”,还是炎帝的“易经”,到了战国后期,全都被儒家所虏去予以神化,变成了他们的数术谶书,奉至为他们“占卜”的理论依据。这些东西,当然应该属于秦始皇的焚书坑儒之列。
其实,经过秦始皇的焚书坑儒之后,作为儒家经典的“河图”的早已散失,但是作为单纯数学的“洛书”,却没有跟着一起遭殃受损。我们今天使看到的“河图”,据说是宋代的陈抟,根据《周易大传》的记载,并参照了现存的“洛书”和其它一些相关资料,所揣摩出来的复原品。陈抟根据五行学说的需要,将十个绳结紧环五个绳结,一起画在中间的核心位置,表示位居中央的“土”。其实,“河图”应该是黄帝部落所统一颁布的加法运算的规则,其核心的那十个绳结应该放置在最外围,相当于我们今天的括号。
到了元末明初,这种儒家的数术谶书,终于象癌症一样开始恶性发作起来。这种用蓍卦的“模式图”去反映客观世界,把实践排斥在认识论之外的唯心主义,是致使中国数学中断的元凶。我们今天的西方数学,同样也已经掉进了唯心主义的泥潭,因为他们也在把实践排斥在认识论之外。

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