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数学家传记

婆什迦罗第二Bhaskara II

出生
1114年 印度维贾亚普拉
逝世
1185年 印度乌贾因

婆什迦罗第二或婆什迦罗是印度数学家和天文学家,他扩展了婆罗摩笈多关于数制的工作。

完整传记

婆什迦罗第二也被称为婆什迦罗第二或Bhaskaracharya,后一个名字意为“婆什迦罗第二老师”。由于他在印度以Bhaskaracharya闻名,我们在本文中将始终用这个名字称呼他。Bhaskaracharya的父亲是一位名叫Mahesvara的婆罗门。Mahesvara本人作为占星家而闻名。这在印度社会中经常发生,一个家族连续几代都是杰出的数学家,并且常常担任其他家庭成员的老师。

Bhaskaracharya成为乌贾因天文台台长,乌贾因是当时印度领先的数学中心。伐罗诃密希罗婆罗摩笈多等杰出数学家曾在那里工作,并建立了一个强大的数学天文学学派。

在许多方面,婆什迦罗代表了12世纪数学知识的顶峰。他对数系和解方程的理解,是欧洲在数百年后才达到的。

已知婆什迦罗有六部著作,但据称属于他的第七部著作,被许多历史学家认为是晚期的伪作。这六部著作是:Lilavati(《美丽》)是关于数学的;Bijaganita(《种子计数或求根》)是关于代数的;Siddhantasiromani分为两部分,第一部分是关于数学天文学的,第二部分是关于球面的;MitaksaraVasanabhasya,这是婆什迦罗自己对Siddhantasiromani的注释;Karanakutuhala(《天文奇观的计算》)或Brahmatulya,是Siddhantasiromani的简化版本;以及Vivarana,是对拉拉Shishyadhividdhidatantra的注释。其中前三部著作最为有趣,当然是从数学的角度来看,我们将集中讨论这些著作的内容。

鉴于他是在婆罗摩笈多的知识和理解基础上发展,Bhaskaracharya理解零和负数就不足为奇了。然而他的理解甚至比婆罗摩笈多更进一步。在我们更详细地考察他的工作之前,举一些例子,我们注意到他知道x2=9x^{2} = 9有两个解。他还给出了公式

a±b=a+a2b2±aa2b2\sqrt{a \pm \sqrt{b}}=\sqrt \frac{a+\sqrt{a^{2}-b}}{2} \pm \sqrt \frac{a-\sqrt{a^{2}-b}}{2}

Bhaskaracharya研究了约翰·佩尔的方程px2+1=y2px^{2} + 1 = y^{2},其中pp = 8、11、32、61和67。当p=61p = 61时,他找到了解x=226153980,y=1776319049x = 226153980, y = 1776319049。当p=67p = 67时,他找到了解x=5967,y=48842x = 5967, y = 48842。他研究了许多Diophantine problems

让我们首先考察Lilavati。首先值得重复Fyzi讲述的故事,他于1587年将此著作翻译成波斯文。我们给出Joseph在[5]中所述的故事:-

Lilavati是Bhaskaracharya女儿的名字。通过占星,他发现她婚礼的吉时将是某一天的特定时辰。他在一个装满水的容器底部放了一个带小孔的杯子,安排得使杯子在吉时开始时下沉。当一切准备就绪,杯子放入容器时,Lilavati突然出于好奇弯身靠近容器,她衣服上的一颗珍珠掉入杯中,堵住了杯孔。吉时过去,杯子没有下沉。Bhaskaracharya认为,安慰他如今永远无法结婚的沮丧女儿的方式,就是为她写一本数学手册!

这是一个迷人的故事,但很难看出有任何证据表明它是真实的。甚至不能确定Lilavati是Bhaskaracharya的女儿。还有一种理论认为Lilavati是Bhaskaracharya的妻子。该书十三章涵盖的主题有:定义;算术术语;利息;算术和几何级数;平面几何;立体几何;日晷的阴影;kuttaka;组合。

在处理数字时,婆什迦罗像他之前的婆罗摩笈多一样,有效地处理了涉及负数的算术。他在涉及零的加法、减法和乘法上是正确的,但意识到婆罗摩笈多的除以零的想法存在问题。Madhukar Mallayya在[14]中认为,婆什迦罗在Lilavati中给出的规则(a.0)/0=a(a.0)/0 = a中所使用的零,等价于现代非零“无穷小”的概念。尽管这一说法并非没有根据,但也许它看到了超出婆什迦罗本意的思想。

Bhaskaracharya在他的Lilavati中给出了两种乘法方法。我们遵循Ifrah在[4]中解释的Bhaskaracharya的这两种方法。要将325乘以243,Bhaskaracharya这样写数字:

 243 243 243
 3 2 5
-------------------

现在处理三个和中最右边的一个,他计算了5乘以3,然后5乘以2,跳过了5乘以4,最后做这个,并写在其他数字下面向左移一位。注意这避免了在头脑中进行“进位”。

 243 243 243
 3 2 5
-------------------
 1015
 20

-------------------

现在把按此位置摆放的 1015 与 20 相加,并把答案写在第二行下方、和数旁边靠左的位置。

 243 243 243
 3 2 5
-------------------
 1015
 20
-------------------
 1215

像右边那个一样算出中间的和,同样避免“进位”,再把它们相加,把答案写在 1215 下方,但向左错开一位。

 243 243 243
 3 2 5
-------------------
 4 6 1015
 8 20
-------------------
 1215
 486

最后用同样的方法算出最左边的和,并再次把所得的加法结果向左错开一位写在 486 下方。

 243 243 243
 3 2 5
-------------------
 6 9 4 6 1015
 12 8 20
-------------------
 1215
 486
 729
-------------------

最后把第二行下方的三个数相加,得到答案 78975。

 243 243 243
 3 2 5
-------------------
 6 9 4 6 1015
 12 8 20
-------------------
 1215
 486
 729
-------------------
 78975

尽管在前几个阶段避免了“进位”,当然在最后这次加法中仍然会遇到“进位”。

⟦N1⟧的第二种方法如下:

 325
 243
--------

从最左边的数字开始,将下面的数乘以最上面的数,然后向右进行。每一行都比上一行向右移动一位。第一步

 325
 243
--------
 729

第二步

 325
 243
--------
 729
 486

第三步,然后相加

 325
 243
--------
 729
 486
 1215
--------
 78975

Bhaskaracharya 和许多印度数学家一样,把数的平方视为乘法的特殊情形,认为它值得采用特殊方法。他在Lilavati中给出了四种这样的平方方法。

下面是一个关于反比例解释的例子,取自Lilavati第3章。Bhaskaracharya 写道:-

在反演法中,运算被反过来进行。即,果实应乘以增量并除以需求量。当果实随需求量的增加或减少而增加或减少时,使用正比例法则。否则使用反演法。

反三率法:若果实随需求增加而减少,或随需求减少而增加,则精通算术者认为三率法应反用。当果实减少而需求增加,或果实增加而需求减少时,就采用反三率法。

与三率法一样,⟦N1⟧也讨论了一些例子来说明复合比例法则,如五率法(Pancarasika)、七率法(Saptarasika)、九率法(Navarasika)等。⟦N1⟧使用这些法则的例子在15中有所讨论。

第5章关于算术级数和几何级数的一个例子如下:-

例子:一位国王出征夺取敌人的大象,第一天行进了两由旬。请说,聪明的计算者,他每天行进的增加率是多少,因为他用一周时间到达了距离八十由旬的敌城?

⟦N1⟧表明,他每天必须比前一天多行进227\large\frac{22}{7}\normalsize由旬,才能在7天内到达敌城。

第12章关于求解不定方程的kuttaka方法的一个例子如下:-

例子:数学家,快说,那个乘数是什么,使得二百二十一乘以它,再加上六十五,所得之和除以一百九十五后恰好除尽。

Bhaskaracharya 正在求 195x=221y+65195x = 221y + 65 的整数解。他得到解 (x,y)=(6,5)(x, y) = (6, 5) 或 (23, 20) 或 (40, 35) 等等。

在关于组合的最后一章中,Bhaskaracharya 考虑了以下问题。设一个 nn 位数用通常的十进制形式表示为

d1d2...dnd_{1}d_{2}... d_{n} (*)

其中每个数字满足 1dj9,j=1,2,...,n1 ≤ d_{j} ≤ 9, j = 1, 2, ... , n。那么 Bhaskaracharya 的问题是求形如 (*) 且满足

d1+d2+...+dn=Sd_{1} + d_{2} + ... + d_{n} = S

Lilavati 的结论中,Bhaskaracharya 写道:-

对于将⟦N1⟧紧贴喉部的人来说,这个世界上的欢乐与幸福确实在不断增长,其肢体因分数的约简、乘法与乘方而装饰整齐,其解答纯粹而完美,其言语如所例示的那样富有品味。

Bijaganita是一部十二章的著作。主题包括:正数与负数;零;未知量;根式;kuttaka;不定二次方程;一次方程;二次方程;含多个未知量的方程;含多个未知量的二次方程;多个未知量乘积的运算;以及作者及其著作。

在解释了如何进行负数算术之后,⟦N2⟧给出问题来测试读者在负数和正数计算方面的能力:-

例:若你懂得正数与负数的加法,请迅速说出三和四这两个数,无论负或正,合在一起的结果;即,正与负,或两者皆负,或两者皆正,作为单独的例子。

负数通过在它们上方放置一个点来表示:-

表示已知量和未知量的符号,应首先写出以一般地指示它们;而那些变为负数的,则应在其上方标上一个点。

例如:三减二,正减正,负减负,或者相反,快告诉我结果……

Bijaganita中,婆什迦罗试图改进婆罗摩笈多除以零的尝试(以及他自己在Lilavati中的描述),他写道:-

一个量除以零成为一个分数,其分母为零。这个分数被称为无限量。在这个由以零为除数的量组成的量中,没有变化,尽管可以插入或提取许多;正如当世界被创造或毁灭时,无限不变的上帝没有变化,尽管无数种类的存在被吸收或发出。

所以婆什迦罗试图通过写nn/0 = ∞来解决这个问题。乍一看,我们可能会倾向于相信婆什迦罗是正确的,但当然他并不正确。如果这是真的,那么0乘以∞必须等于每个数nn,所以所有数都相等。印度数学家无法让自己承认不能除以零。

导致多于一个解的方程由婆什迦罗给出:-

例如:在森林里,一群猿猴中总数的八分之一的平方数量的猿猴正在玩吵闹的游戏。剩下的十二只猿猴,性格更为严肃,在附近的山上,被来自森林的尖叫声激怒。这群猿猴的总数是多少?

这个问题导出一个二次方程,Bhaskaracharya说两个解,即16和48,同样可取。

用于求解不定方程的kuttaka方法被应用于含三个未知量的方程。问题是求形如ax+by+cz=dax + by + cz = d的方程的整数解。他给出的一个例子是:-

例:属于四个人的马分别为5、3、6和8匹。属于同样这些人的骆驼分别为2、7、4和1头。属于他们的骡子分别为8、2、1和3头,牛分别为7、1、2和1头。这四个人拥有相等的财产。快告诉我每匹马、每头骆驼、每头骡子和每头牛的价格。

当然,这类问题没有唯一解,Bhaskaracharya对此完全清楚。他求出一个解,即最小的解,马85,骆驼76,骡子31,牛4。

Bhaskaracharya对Bijaganita的结论引人入胜,因为它让我们得以洞察这位伟大数学家的思想:-

点滴的教导能把知识传给一个领悟力强的头脑;而一旦到达那里,它便凭自身的冲力扩展开来,如同倾在水上的油,如同托付给卑劣者的秘密,如同施予配得之人的施舍,无论多么少,注入智慧头脑中的知识也照样凭内在的力量传播开来。

对于理解清晰的人来说显而易见,三项法则构成算术,而睿智构成代数。因此我说过……三项法则是算术;无瑕的理解是代数。对于智者还有什么未知的呢?因此它只为愚钝者而设。

Siddhantasiromani是一部数学天文学著作,其布局与这一时期及更早时期的许多印度天文学著作相似。第一部分的十二章涵盖的主题包括:行星的平均经度;行星的真经度;周日旋转的三个问题;朔望;月食;日食;行星的纬度;升落;月牙;行星彼此之间的合;行星与恒星的合;以及太阳和月亮的影。

第二部分包含十三章关于球面的内容。它涵盖的主题包括:对球面研究的赞扬;球面的性质;宇宙志与地理学;行星平均运动;行星的偏心本轮模型;浑天仪;球面三角学;椭圆计算;行星的首次可见性;计算月牙;天文仪器;季节;以及天文计算问题。

这部著作中有关于三角学的有趣结果。特别是,Bhaskaracharya似乎比他的前辈更出于三角学本身而对它感兴趣,而他的前辈只把它视为计算的工具。在Bhaskaracharya给出的许多有趣结果中包括:

sin(a+b)=sinacosb+cosasinb\sin(a + b) = \sin a \cos b + \cos a \sin b

sin(ab)=sinacosbcosasinb\sin(a - b) = \sin a \cos b - \cos a \sin b

Bhaskaracharya因其卓越贡献而理所当然地赢得了杰出声誉。1207年,建立了一个教育机构来研究Bhaskaracharya的著作。印度一座寺庙中的中世纪铭文写道:

光辉的Bhaskaracharya胜利了,他的功绩受到智者和学者的崇敬。他是一位兼具名声与宗教功德的诗人,犹如孔雀的冠羽。

约瑟夫的著作5的书名正是出自这段引文。

参考文献

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延伸资源

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