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数学家传记

阿耶波多Aryabhata

出生
476年 印度拘苏摩补罗(今巴特那)
逝世
550年 印度

阿耶波多是一位印度数学家,他写了《阿耶波多历数书》,该书总结了直到6世纪的印度数学。

完整传记

阿耶波多也被称为阿耶波多,以区别于大约400年后同名的后来数学家。比鲁尼无助于理解阿耶波多的生平,因为他似乎相信有两位名叫阿耶波多的不同数学家生活在同一时代。因此,他制造了两位不同Aryabhata的混淆,直到1926年B Datta表明比鲁尼的两位Aryabhata是同一人,这一混淆才得以澄清。

我们知道阿耶波多出生的年份,因为他告诉我们,他在499年完成Aryabhatiya(阿耶波多的著作)时二十三岁。我们把Kusumapura作为阿耶波多的出生地,认为它靠近Pataliputra(后者于1541年在比哈尔邦被重新建立为Patna),但这远不确定,甚至Kusumapura本身的位置也不确定。正如Parameswaran在[26]中所写:-

……关于Asmakajanapada和Kusumapura的位置,无法给出最终结论。

我们确实知道阿耶波多在Kusumapura撰写了Aryabhatiya(阿耶波多的著作),当时Pataliputra是笈多帝国的首都和主要学术中心,但历史学家提出了许多其他地点作为他的出生地。一些人推测他出生在印度南部,也许是喀拉拉邦、泰米尔纳德邦或安得拉邦,而另一些人则推测他出生在印度东北部,也许在孟加拉。在[8]中,有人声称阿耶波多出生在南印度伐迦陀迦王朝的Asmaka地区,尽管作者承认他一生大部分时间生活在北方笈多帝国的Kusumapura。然而,将Asmaka作为阿耶波多的出生地,依据的是尼拉卡莎·萨默亚士尼拉卡莎·萨默亚士在15世纪晚期所作的一条评论。现在大多数历史学家认为,尼拉卡莎·萨默亚士将阿耶波多与婆什迦罗第一混淆了,后者是Aryabhatiya(阿耶波多的著作)的后期注释者。

我们应该注意到,Kusumapura成为印度两个主要数学中心之一,另一个是Ujjain。两者都在北部,但Kusumapura(假设它靠近Pataliputra)位于恒河畔,位置更靠北。Pataliputra作为阿耶波多时代笈多帝国的首都,是一个通信网络的中心,使来自世界其他地区的学问能够轻易到达这里,也使阿耶波多及其学派所取得的数学和天文学进展能够传遍印度,并最终传入伊斯兰世界。

至于阿耶波多撰写的文本,只有一部留存下来。然而Jha在[21]中声称:-

……阿耶波多至少撰写了三部天文学文本,还写了一些自由诗节。

留存下来的文本是阿耶波多的杰作Aryabhatiya(阿耶波多的著作),这是一部小型天文学论著,以118节诗写成,总结了截至当时的印度数学。其数学部分包含33节诗,给出了66条数学规则,没有证明。Aryabhatiya(阿耶波多的著作)包含10节诗的引言,接着是数学部分,正如我们刚才提到的,有33节诗,然后是25节诗关于时间推算和行星模型的部分,最后50节诗关于球面和食。

这种编排存在一个困难,巴特尔·伦德特·范德瓦尔登在[35]中对此进行了详细讨论。巴特尔·伦德特·范德瓦尔登认为,实际上10节Introduction的成文时间晚于其他三个部分。认为这两部分并非有意作为一个整体的一项理由是,第一部分与其余三个部分的韵律不同。然而,问题不止于此。我们说过第一部分有十节,阿耶波多确实将该部分命名为Set of ten giti stanzas。但它实际上包含十一个giti诗节和两个arya诗节。巴特尔·伦德特·范德瓦尔登认为有三节是后来添加的,并指出其余部分中也有少量诗节,他认为这些也是由阿耶波多在Kusumapura的学派成员添加的。

Aryabhatiya(阿耶波多的著作)的数学部分涵盖算术、代数、平面三角学和球面三角学。它还包含连分数二次方程、幂级数求和以及一张正弦表。让我们更详细地考察其中一些内容。

首先我们来看阿耶波多发明并在Aryabhatiya(阿耶波多的著作)中使用和阐述的表示数字的系统。它包括给印度字母表中的33个辅音赋予数值,以表示1、2、3、…、25、30、40、50、60、70、80、90、100。更大的数字由这些辅音后接一个元音来表示,从而得到100、10000、…。事实上,该系统允许用字母记法表示高达101810^{18}的数字。Ifrah在[3]中论证说,阿耶波多也熟悉数字符号和位值制。他在[3]中写道:-

……极有可能阿耶波多知道零的符号和位值制的数字。这一推测基于以下两个事实:第一,如果没有零或位值制,他的字母计数系统的发明是不可能的;第二,他进行了平方根和立方根的计算,而如果所讨论的数字不是按照位值制和零来书写的,这些计算是不可能的。

接下来我们简要看一下Aryabhatiya(阿耶波多的著作)中包含的一些代数内容。据我们所知,这是第一部考察形如by=ax+cby = ax + cby=axcby = ax - c的方程的整数解的著作,其中a,b,ca, b, c是整数。这个问题源于天文学中确定行星周期的问题。阿耶波多使用kuttaka方法来解决这类问题。kuttaka一词意为“粉碎”,该方法包括将问题分解为新的问题,使得每一步的系数都变得越来越小。这里的方法本质上是使用欧几里得算法来求aabb的最大公因数,但也与连分数有关。

阿耶波多给出了π的一个精确近似值。他在Aryabhatiya(阿耶波多的著作)中写道:-

将四加到一百,乘以八,然后加上六万二千。结果大约是一个直径为两万的圆的周长。根据这一法则,给出了周长与直径的关系。

这给出π=6283220000=3.1416\pi = \large\frac{62832}{20000}\normalsize = 3.1416,这是一个惊人地精确的值。事实上,π = 3.14159265,精确到8位。如果获得如此精确的值令人惊讶,那么也许更令人惊讶的是,阿耶波多没有使用他精确的π值,而是在实践中更倾向于使用√10 = 3.1622。阿耶波多没有解释他是如何找到这个精确值的,但例如,Ahmad [5]将这个值视为单位圆内接256边形的周长一半的近似值。然而,在[9]中,Bruins表明这一结果不能通过边数加倍来获得。另一篇讨论阿耶波多这个精确π值的有趣论文是[22],其中Jha写道:-

阿耶波多的π值非常接近现代值,并且在古代人中最准确。有理由相信阿耶波多设计了一种特殊方法来求得这个值。有充分根据表明阿耶波多本人使用了它,并且几位后来的印度数学家乃至阿拉伯人也采用了它。关于阿耶波多的π值源自希腊的猜想被批判性地考察,并被发现没有根据。阿耶波多独立发现了这个值,并且也意识到π是一个无理数数。他无疑有印度背景,但在计算π方面胜过了他所有的前辈。因此,发现这个精确π值的功劳可以归于著名数学家阿耶波多。

我们现在来看阿耶波多论著中包含的三角学。他给出了一张正弦表,按90°24\large\frac{90°}{24}\normalsize = 3° 45'的间隔计算近似值。为了做到这一点,他使用了一个用sinnx\sin nxsin(n1)x\sin (n - 1)x表示sin(n+1)xsinnx\sin(n + 1)x - \sin nx的公式。他还把正矢(versin = 1 - cosine)引入三角学。

阿耶波多给出的其他规则包括求前nn个整数之和、这些整数的平方和以及立方和的规则。阿耶波多给出了三角形和圆面积的正确公式,但大多数历史学家认为球体和棱锥体积的公式是错误的。例如,Ganitanand在[15]中将阿耶波多给出高为h、底面积为AA的棱锥体积的错误公式V=Ah/2V = Ah/2这一事实描述为“数学失误”。他似乎还给出了球体体积的错误表达式。然而,正如常见的情况一样,事情并不像表面看起来那么简单,Elfering(例如参见[13])认为这不是错误,而是错误翻译的结果。

这与Aryabhatiya(阿耶波多的著作)第二部分的第6、7和10节有关,在[13]中,Elfering给出了一种翻译,该翻译对棱锥体积和球体体积都给出了正确答案。然而,在他的翻译中,Elfering以与这些术语通常含义不同的方式翻译了两个专业术语。如果没有一些支持性证据表明这些专业术语在其他地方被用于这些不同含义,那么仍然会显得阿耶波多确实给出了这些体积的错误公式。

我们已经考察了Aryabhatiya(阿耶波多的著作)中包含的数学内容,但这是一部天文学著作,因此我们应该对其包含的天文学内容稍作说明。阿耶波多对行星在空间中的位置进行了系统处理。他给出地球周长为4 967由旬,直径为15811241 581\large\frac{1}{24}\normalsize由旬。由于1由旬=5英里,这给出周长为24 835英里,这与目前公认的24 902英里非常接近。他认为天体的表观旋转是由于地球的轴向旋转造成的。这是对太阳系本质的一个相当非凡的观点,后来的注释者无法接受,大多数人修改了文本,以使阿耶波多免于他们认为的愚蠢错误!

阿耶波多以地球/太阳轨道半径来表示行星轨道的半径,本质上就是它们绕太阳的旋转周期。他认为月亮和行星通过反射阳光而发光,令人难以置信的是,他认为行星的轨道是ellipses。他正确地解释了日食和月食的原因。直到那时,印度人的信仰是日食和月食是由一个叫做Rahu的恶魔引起的。他给出的年长为365天6小时12分30秒,这是一个高估值,因为真实值小于365天6小时。

婆什迦罗第一在大约100年后为Aryabhatiya (阿耶波多的著作)写了一篇评注,他这样写到阿耶波多:-

阿耶波多是大师,他在到达数学、运动学和球面学终极知识海洋的最远海岸并探究其最深处之后,把这三门科学交给了博学的世界。

参考文献

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