上頁 12345 次頁

《九章算術》與不可公度量 (第 3 頁)

李國偉

 

首頁 | 搜尋

.原載於《自然辯證法通訊》,第16卷第2期,1994,49頁∼54頁。
.作者任職於中央研究院數學研究所

註釋
對外搜尋關鍵字
 
三、希臘的對比

  幾何物件都能用數值來度量的信念,也不是中國古代所獨有。事實上在古埃及、巴比侖時代,幾何做為丈量田地或建築的依據,所使用的度量單位並不需過分微小,而丈量出的結果都是整數倍數。正如史密斯 (D. E. Smith) 所說:

「在有文字歷史之前,自然數似乎已經足夠使用了。人把物件分割開,好稱呼它的部分,但是即使引入了重量的單位,人也不習慣說一磅的四分之三。迴避這種困難的方法是創造更小的單位,譬如盎斯,再說它是多少多少盎斯。」註16

在這種整數居主導地位的氛圍中,也就不奇怪希臘的畢達哥拉斯學派會主張「數」是一切之本了。亞里斯多德這樣描述他們:

「因為所有東西的本質似乎都以數為準,而數又像是自然中最先有的事物,他們因此認為數的本源便是一切事物的本源,整個天庭便是一個音階、便是一個數。」註17

  但是畢達哥拉斯學派對人類知識重大的貢獻,卻在於發現這樣的主張會導致不可迴避與消解的矛盾。他們到底如何發現了不可公度量,一般的意見大體匯集到兩類說法。一種是由正五邊形及其對角線形成的五角星圖樣出發,因為如果兩對角線相交,則其一分另一為中末比,註18 再使用「輾轉相減」註19 程序,就會發現正五邊形的邊與對角線是不可公度量的。另一種說法是根據亞里斯多德的一段敘述,註20 不過證明的細節則見於歐幾里得《幾何原本》的第十卷,假設單位面積正方形的邊與對角線是可公度量的,則利用畢氏定理能推導出奇數等於偶數的矛盾結果。《九章算術》雖然有與「輾轉相減」程序相當的「更相減損」程序,但是中國古算從來未對正五邊形或中末比發生過興趣。歐幾里得證明所倚賴的畢氏定理,中算史家多稱為勾股定理,在《周髀算經》已有一般性的斷言。註21 但是希臘數學的歸謬證法是中國古算所缺乏的,至於討論奇偶性之類的整數論問題,在以應用問題方式展現的中國古算系統裡,自然也是無存身的必要了。因此若與希臘的歷史作對比,中國古代的知識背景是不利於不可公度量的發現。

  發現單位面積正方形邊與對角線不可公度量,就是深刻的認識到2的平方根與一般平方數的平方根有截然不同的性質。從伯拉圖的報導推斷,特埃特圖斯 (Theaetetus, c. 414 B.C. - 369 B.C.) 已經能證明:如果正方形面積是單位面積的整數倍,則其邊與單位長線段可公度量的充要條件是其面積為平方數;換言之,兩者不可公度量的充要條件是其面積非平方數。註22 前面說《九章算術》裡「開盡」與「開不盡」的區別,除了反映正整數中有些是平方數、有些不是平方數外,所欠缺有關量之間公度性的深層認識,在特埃特圖斯處是完全明暸的。

   

上頁 12345 次頁

回頁首
 
(若有指正、疑問……,可以在此 留言寫信 給我們。)
EpisteMath

EpisteMath (c) 2000 中央研究院數學所、台大數學系
各網頁文章內容之著作權為原著作人所有


最後修改日期:12/2/2003