古埃及数学

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古埃及数学指古埃及的書吏所使用的数学风格和方法,主要从稀有的古代纸草的发现而推断出来:特别是,兰德纸草书,大约作于第二中间期(虽然它是已经失传的中王国时期的纸草的一份复本),以及莫斯科纸草书,二者都似乎是数学教科书。
目录
- • 简述
- • 成就
- • 金字塔中的数学
- • 天文学的“分点岁差”
- • 隐藏在古埃及的神话中一组关键数字
- • 似曾相识的“43200”——再窥神秘
- • 简述
- • 成就
- • 金字塔中的数学
- • 天文学的“分点岁差”
- • 隐藏在古埃及的神话中一组关键数字
- • 似曾相识的“43200”——再窥神秘
- • 与天文学相关一些数学知识
- • 从通气孔到猎户座——波法尔的发现
- • 纸草书记录下的古埃及数学成就
古埃及数学-简述
埃及是世界上文化发达最早的几个地区之一,位于尼罗河两岸,公元前3200年左右,形成一个统一的国家。尼罗河定期泛滥,淹没全部谷地,水退后,要重新丈量居民的耕地面积。由于这种需要,多年积累起来的测地知识便逐渐发展成为几何学。
公元前2900年以后,埃及人建造了许多金字塔,作为法老的坟墓。从金字塔的结构,可知当时埃及人已懂得不少天文和几何的知识。例如基底直角的误差与底面正方形两边同正北的偏差都非常小。
现今对古埃及数学的认识,主要根据两卷用僧侣文写成的纸草书;一卷藏在伦敦,叫做莱因德纸草书,一卷藏在莫斯科。
埃及最古老的文字是象形文字,后来演变成一种较简单的书写体,通常叫僧侣文。除了这两卷纸草书外,还有一些写在羊皮上或用象形文字刻在石碑上和木头上的史料,藏于世界各地。两卷纸草书的年代在公元前1850~前1650年之间,相当于中国的夏代。
埃及很早就用十进记数法,但却不知道位值制,每一个较高的单位是用特殊的符号来表示的。例如111,象形文字写成三个不同的字符,而不是将
1重复三次。埃及算术主要是加法,而乘法是加法的重复。
他们能解决一些一元一次方程的问题,并有等差、等比数列的初步知识。占特别重要地位的是分数算法,即把所有分数都化成单位分数(即分子是1的分数)的和。
莱因德纸草书用很大的篇幅来记载2/N(N从5到101)型的分数分解成单位分数的结果。为什么要这样分解以及用什么方法去分解,到现在还是一个谜。这种繁杂的分数算法实际上阻碍了算术的进一步发展。
纸草书还给出圆面积的计算方法:将直径减去它的1/9之后再平方。计算的结果相当于用3.1605作为圆周率,不过他们并没有圆周率这个概念。根据莫斯科纸草书,推测他们也许知道正四棱台体积的计算方法。总之,古代埃及人积累了一定的实践经验,但还没有上升为系统的理论。
古埃及数学-成就
金字塔中的数学
坐落在基沙地区的埃及金字塔群是人类史上最伟大最古老的建筑物之一,由其建筑技术上的高超、定位技术的精确,一直以来使世人惊叹不已。几百年来,它以宏伟高大的气势,吸引了无数观光旅游的人们。这么高大的金字塔,建造精度如此之高,古埃及人是怎么建成的呢?当科学家破译了古埃及人流传下来的草片上的文字之后,发现古埃及人已经掌握了丰富的几何知识。
金字塔虽不是建造在正北纬30度线上,却也在非常接近的29度58分51秒,所存在的细微的误差是有意加上去的。假设原始设计者希望以肉眼,而非心眼,从大金字塔的底边看到太空的极点的话,将大气中光线的曲折方式也计算在内后,大金字塔所在的位置一定要在29度58分22秒,而非30
天文学的“分点岁差”
“分点岁差”具有严谨的、一再重复的数学特质,可以精确地加以分析和预测。然而,若是缺乏精密的仪器,我们就很难观察它,更不用说精确地加以测量了。
由于要观察这种极为缓慢的改变,在当时是非常困难的,所以希巴克斯在公元前2世纪提出的岁差值,会被《大英百科全书》推崇为“重大发现”。
隐藏在古埃及的神话中一组关键数字
考古天文学家珍·谢勒斯在他的著作《古埃及神祗之死》中提及,在埃及的欧西里斯神话里可能刻意隐藏着一组关键数字,而这些数字在故事情节上也许是“多余的”,但却能提供我们一套永恒的计算方法。请看这样:
另一个关键数字是2160(春分太阳穿越一个黄道带星座所需的年数)。古代神话有时将这个数字乘以10或10的因数,得216000,2160000等;有时乘以2
葛瑞姆认为这些数字如果真的牵涉到天文岁差,它们在古代出现,委实是不可思议的现象,因为这些数字所包含的科学知识太过先进,并不是古代任何已知的文明能够演算出来的。他也提醒人们不要忘记,包藏这些数字的神话,在古埃及人发明文字之初就已经存在了。从在公元前2450年左右写成的金字塔经文,看到里面就包含有欧西里斯神话的一些成分,而根据上、下文我们可以判断,即使在那个时候,这些成分已经非常古老。
如果将这座金字塔的高度乘以2π(如同我们根据一个圆圈的半径计算它的圆周),我们就能够精确算出金字塔的周长:481.3949×2×3.14=3023.16。相反地,如果我们将这座金字塔的周长除以2π,也同样可以算出它的高度。3023.16/2/3.14=481.3949。
这样精确的数学关联,几乎不可能出于单纯的巧合。因此,我们不得不承认,埃及大金字塔的设计师确实了解π的原理,刻意将它的数值应用到金宇塔的营建上。
究竟是怎样的一种共同目标,使大西洋两岸的建筑师煞费苦心,不惮其烦,将π数值精确地纳入这两座金字塔的建造中呢?金字塔兴建期间,墨西哥和埃及的文明似乎没有任何直接接触,因此我们不得不怀疑,在远古时代,这两个地区曾经从一个共同的根源继承到一些知识观念。埃及大金字塔和墨西哥太阳金字塔所呈现的共同数学观念,可能和“球体”有关,因为这种形体具有三度空间,一如金字塔,而一般的圆只有两度空间。
我们似乎可以这样推论:为了以象征方式将球体表现在三度空间、表面平整的建筑物上,古埃及和墨西哥的建筑师才不惮其烦,把π原理精确地纳入这两座金字塔的设计。此外,这些建筑师的意图似乎不在表现一般的球形,而是呈现一个特殊的球体:地球。
似曾相识的“43200”——再窥神秘
大金字塔的周长为3023.16英尺,高度为481.3949英尺。两者之间的比率,经计算以后,虽然不是完全不差,但已非常近似。如果我们考虑地球在赤道(我们的地球为椭圆,而非正圆形)的膨胀情形,那么两者之间的比例似乎就更接近l/43200了。
到底有多接近呢?
金字塔建筑者历来以精确无比的方式在工作,这种误差的产生,应该不是在建造金字塔时发生,而是因低估了我们的地球周长——仅低估了163英里所致。而这种误差可能是未能将赤道凸出部份正确计算在内的结果。(甚至如果那时地球的形状跟今天的有一点差别,又会怎样?)接着,让我们来检讨一下从北极到赤道的半径3949.921英里。如果我们将它缩小43200倍的话,得到的数值为0.0914英里,就是482.59英尺。而大金字塔的高度为481.3949英尺,两者之间只差不到1英尺,误差率不及1/5百分点。这种些微的误差放在一边,大金字塔的圆周的确应该为赤道的l/43200缩尺。
如前所述金宇塔与地球的比率,在神话中不时可见,有的时候就直接出现43200,但有的时候也会变成432,或4320,或432000。这似乎反映了两件惊人的事实,而且是两件紧密相关的事,就好像设计来互相补充一般。
与天文学相关一些数学知识
古埃及人不但能辨识岁差运动,还具有利用神话来讲述、传播它的能力。他们比任何其他古代人
早在哥白尼和伽利略出生前好几千年,古埃及人就以地动说解释了太阳系的运动。
从通气孔到猎户座——波法尔的发现
1993年,又出现了关于古埃及惊人的新发现,一位天文研究很有兴趣的比利时土木工程师罗伯·波法尔发现天空和基沙的金字塔之间很有关系。就是他注意到了另一个惊人的发现。1960年古埃及学家及建筑家亚历山大·拜德威博士和美国的天文学家特林波发现了大金字塔王殿南侧的通气孔,在金字塔时代(公元前2600一公元前2400年)对准着猎户星的三颗星。而这是只注意地面却忽略了天空的古埃及学专家们始料未及的。
纸草书记录下的古埃及数学成就
现今对古埃及数学的认识,主要根据两卷用僧侣文写成的纸草书;一卷藏在伦敦,叫做莱因德纸草书,一卷藏在莫斯科。埃及最古老的文字是象形文字,后来演变成一种较简单的书写体,通常叫僧侣文。两卷纸草书的年代在公元前1850~前1650年之间,相当于中国的夏代。除了这两卷纸草书外,还有一些写在羊皮上或用象形文字刻在石碑上和木头上的史料,藏于世界各地。