数学史 · 中文镜像

数学家传记

婆罗摩笈多Brahmagupta

出生
598年 (可能)印度乌贾因
逝世
670年 印度

婆罗摩笈多是他那个时代最杰出的印度数学家。他在天文学方面取得了进展,最重要的是在数系方面,包括平方根算法和二次方程的解法。

完整传记

婆罗摩笈多的父亲是Jisnugupta,他撰写了重要的数学和天文学著作。特别是他在628年写了Brahmasphutasiddhanta (《婆罗摩修正体系》)。这部著作分为25章,婆罗摩笈多在文中告诉我们他是在Bhillamala(即今天的Bhinmal城)写成的。这里是Gurjara王朝统治地区的首府。

婆罗摩笈多成为Ujjain天文台台长,当时这里是古印度最重要的数学中心。像伐罗诃密希罗这样的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。

除了Brahmasphutasiddhanta (《婆罗摩修正体系》)之外,婆罗摩笈多还写了第二部数学和天文学著作,即Khandakhadyaka (“可食之食”或“一口食物”),写于665年,当时他67岁。下面我们来看婆罗摩笈多的两部论著中包含的一些卓越思想。首先让我们概述其内容。

Brahmasphutasiddhanta (《婆罗摩修正体系》)包含二十五章,但其中前十章似乎构成了许多历史学家认为是婆罗摩笈多著作的第一个版本,并且存在一些只包含这些章节的手稿。这十章按主题编排,这些主题是当时印度数学天文学文本的典型主题。涵盖的主题有:行星的平均经度;行星的真经度;周日旋转的三个问题;月食;日食;升落;月牙;月影;行星之间的;以及行星与恒星的合。

其余十五章似乎构成了第二部著作,是对原论著的重要增补。这些章节是:对先前天文学论著的考察;论数学;第一章的增补;第二章的增补;第三章的增补;第四、五章的增补;第七章的增补;论代数;论圭表;论度量;论球;论仪器;内容摘要;韵文表。

婆罗摩笈多对数系的理解远远超出了同时代的其他人。在Brahmasphutasiddhanta(《正确建立的梵天教义》)中,他将零定义为一个数减去自身的结果。他给出了如下一些性质:-

当零加到一个数上或从一个数中减去时,该数保持不变;而一个数乘以零则变为零。

他还用财富(正数)和债务(负数)给出了算术法则:-

债务减零是债务。
财富减零是财富。
零减零是零。
零减债务是财富。
零减财富是债务。
零乘以债务或财富的积是零。
零乘以零的积是零。
两个财富的积或商是一个财富。
两个债务的积或商是一个财富。
一个债务和一个财富的积或商是一个债务。
一个财富和一个债务的积或商是一个债务。

婆罗摩笈多随后试图将算术扩展到包含除以零:-

正数或负数除以零是一个以零为分母的分数。
零除以负数或正数要么是零,要么表示为一个以零为分子、有限量为分母的分数。
零除以零是零。

婆罗摩笈多说nn除以零等于n/0n/0,这几乎等于没说。他随后声称零除以零等于零,这肯定是错的。然而,这是一次将算术扩展到负数和零的出色尝试。

我们还可以描述他的乘法方法,这些方法充分利用了位值制,几乎与今天使用的方式相同。我们给出他在Brahmasphutasiddhanta(《婆罗摩笈多正确建立的教义》)中提出的三种方法的例子,在这样做时我们遵循4中Ifrah的叙述。我们描述的第一种方法被婆罗摩笈多称为“gomutrika”。Ifrah将“gomutrika”翻译为“像牛尿的轨迹”。考虑235乘以264的乘积。我们首先将和式排列如下:

2 235
6 235
4 235
----------

现在将顶行的235乘以左列顶部的2。从2 × 5 = 10开始,将0放在顶行5的下方,按通常方式进位得到

2 235
6 235
4 235
----------
 470

现在将第二行的235乘以左列中的6,将数字写在470下面一行但向右移动一位

2 235
6 235
4 235
----------
 470
 1410

现在将第三行的235乘以左列中的4,将数字写在1410下面一行但向右移动一位

2 235
6 235
4 235
----------
 470
 1410
 940

现在将线下的三个数字相加

2 235
6 235
4 235
----------
 470
 1410
 940
----------
 62040

这些变体的第一种是把第二个数写在右边,但数字的顺序颠倒如下

 235 4
 235 6
 235 2
----------
 940
 1410
 470
----------
 62040

第三种变体只是把每个数写一次,除此之外遵循第二种方法

 235
----------
 940 4
 1410 6
 470 2
----------
 62040

婆罗摩笈多提出的另一个算术结果是他计算平方根的算法。这个算法在[15]中讨论,其中证明它等价于艾萨克·牛顿-约瑟夫·拉弗森迭代公式。

婆罗摩笈多发展了一些代数记号,并给出了解二次方程的方法。他给出了解形如ax+c=byax + c = by的不定方程的方法。Majumdar在[17]中写道:-

婆罗摩笈多也许使用了连分数方法来求形如ax+c=byax + c = by的不定方程的整数解。

在[17]中,Majumdar给出了婆罗摩笈多的Brahmasphuta siddhanta(正确建立的梵天教义)中的原始梵文诗节及其英译和现代解释。

婆罗摩笈多还解决了类型为ax2+c=y2ax^{2} + c = y^{2}ax2c=y2ax^{2} - c = y^{2}quadratic indeterminate equations。例如,他解8x2+1=y28x^{2} + 1 = y^{2}得到解(x,y)=(1,3),(6,17),(35,99),(204,577),(1189,3363),...(x, y) = (1, 3), (6, 17), (35, 99), (204, 577), (1189, 3363), ...。对于方程11x2+1=y211x^{2} + 1 = y^{2},婆罗摩笈多得到解(x,y)=(3,10),(1615,5345),...(x, y) = (3, 10), (\large\frac{161}{5}\normalsize , \large\frac{534}{5}\normalsize ), ...。他还解61x2+1=y261x^{2} + 1 = y^{2},这特别优雅,其最小解为x=226153980,y=1766319049x = 226153980, y = 1766319049

婆罗摩笈多在Brahmasphutasiddhanta(正确建立的梵天学说)中提出并解决的一类问题的一个例子如下:-

五百德拉克马以未知利率贷出,这笔钱四个月的利息又以相同利率贷给另一个人,十个月后本息合计为78德拉克马。求利率。

书中也给出了级数求和的法则。婆罗摩笈多给出前nn个自然数的平方和为16n(n+1)(2n+1)\large\frac{1}{6}\normalsize n(n+1)(2n+1),前nn个自然数的立方和为(12n(n+1))2(\large\frac{1}{2}\normalsize n(n+1))^{2}。没有给出证明,所以我们不知道婆罗摩笈多是如何发现这些公式的。

Brahmasphutasiddhanta(《婆罗摩修正体系》)中,婆罗摩笈多给出了圆内接四边形的面积和对角线长度的以边表示的著名公式。这里唯一有争议的一点是婆罗摩笈多没有说明这些公式仅对圆内接四边形成立,因此一些历史学家声称这是一个错误,而另一些人则声称他明确意指这些规则仅适用于圆内接四边形。

Brahmasphutasiddhanta(《婆罗摩修正体系》)中的许多材料涉及日食和月食、行星合和行星位置。婆罗摩笈多相信地球是静止的,他在第一部著作中给出年的长度为365天6小时5分19秒,在第二本书Khandakhadyaka(“可食的一口”或“一口食物”)中将该值改为365天6小时12分36秒。当然,第二个值并不是对第一个值的改进,因为年的真实长度小于365天6小时。人们不禁要问,婆罗摩笈多的第二个年长度值是否取自阿耶波多,因为两者相差在6秒以内,却大约差了24分钟。

Khandakhadyaka (“可食用的一口”或“少量食物”)同样分为八章,涵盖的主题包括:行星的经度;周日旋转的三个问题;月食;日食;升落;月牙;以及行星的合。它包含一个附录,在某些版本中只有一章,在其他版本中有三章。

在婆罗摩笈多的第二部著作中,特别引起数学界兴趣的是他用来计算正弦值的插值公式。这在[13]中有详细研究,其中表明它是更一般的艾萨克·牛顿-斯特林插值公式在二阶以内的一个特例。

参考文献

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延伸资源

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