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数学家传记

马达瓦Madhava of Sangamagrama

出生
1350年 印度喀拉拉邦桑加马格拉马(科钦附近)
逝世
1425年 印度

马达瓦是一位来自南印度的数学家。他在无穷级数方面取得了一些重要进展,包括发现了三角函数的展开式。

完整传记

马达瓦出生在印度西南部喀拉拉邦海岸附近的科钦附近。只有通过对喀拉拉数学过去二十五年的研究,马达瓦的杰出贡献才得以曝光。在[10]中,拉贾戈帕尔和兰加查里将他的成就置于背景中,他们写道:-

马达瓦迈出了决定性的一步,从古代数学的有限程序前进到处理它们向无穷的极限过渡,这正是现代经典分析的核心。

马达瓦的所有数学著作都已失传,尽管他的一些天文学文本保存了下来。然而,他在数学上的杰出工作主要是通过大约100年后生活的其他喀拉拉数学家的报告而被发现的,例如尼拉卡莎·萨默亚士

马达瓦在1400年左右发现了与sin xx、cos xxarctanx\arctan x科林·麦克劳林展开等价的级数,这比它们在欧洲被重新发现早了二百多年。细节出现在他的追随者所写的许多著作中,例如Mahajyanayana prakara,其意为Method of computing the great sines。事实上,一些历史学家如Sarma(例如见[2])曾声称这部著作是马达瓦本人所写,但这似乎极不可能,现在大多数历史学家已接受它是马达瓦的一位追随者在16世纪的作品。这在[4]中有详细讨论。

耶斯特迪瓦大约在1550年用喀拉拉邦的地区语言马拉雅拉姆语写了Yukti-Bhasa。在[9]中,Gupta给出了该文本的翻译,这在[2]和其他许多来源中也有给出。耶斯特迪瓦对马达瓦的级数描述如下:-

第一项是给定正弦与所需弧的半径的乘积除以该弧的余弦。后续项通过迭代过程获得,即第一项反复乘以正弦的平方并除以余弦的平方。然后所有项都除以奇数1, 3, 5, ....。弧通过分别加减奇数秩和偶数秩的项来获得。规定这里应取弧的正弦或其补角的正弦中较小的那个作为给定正弦。否则,通过上述迭代获得的项将不会趋于消失的量级。

这是一段描述马达瓦级数的非凡段落,但请记住,即使耶斯特迪瓦的这段文字也是在詹姆斯·格雷果里重新发现这个级数展开之前100多年写的。也许我们应该用现代符号写下马达瓦所发现的级数究竟是什么。首先要注意的是,印度语中θ的正弦在我们的记号中会写成rsinθr \sin \theta,而印度语的余弦在我们的记号中会是rcosθr \cos \theta,其中rr是半径。因此级数是

rθ=rrsinθrcosθrrsinθ)33r(rcosθ)3+rrsinθ)55r(rcosθ)5rrsinθ)77r(rcosθ)7+...r \theta = r\Large\frac{r \sin \theta}{r \cos \theta}\normalsize - r\Large\frac{r \sin \theta)^{3}}{3r(r \cos \theta)^{3}}\normalsize + r\Large\frac{r \sin \theta)^{5}}{5r(r \cos \theta)^{5}}\normalsize- r\Large\frac{r \sin \theta)^{7}}{7r(r \cos \theta)^{7}}\normalsize + ...

代入tan=sincos\tan = \Large \frac {\sin}{\cos}并消去rr得到

θ=tanθ13tan3θ+15tan5θ...\theta = \tan \theta - \large\frac{1}{3}\normalsize \tan^{3}\theta + \large\frac{1}{5}\normalsize \tan^{5}\theta - ...

这等价于詹姆斯·格雷果里的级数

tan1θ=θ13θ3+15θ5...\tan^{-1}\theta = \theta - \large\frac{1}{3}\normalsize \theta^{3} + \large\frac{1}{5}\normalsize \theta^{5} - ...

现在马达瓦将q=π4q = \large\frac{\pi}{4}\normalsize代入他的级数得到

π4=113+15...\Large\frac{\pi}{4}\normalsize = 1 - \large\frac{1}{3}\normalsize + \large\frac{1}{5}\normalsize - ...

并且他也将θ=π6\theta = \Large\frac{\pi}{6}\normalsize代入他的级数得到

π=12(113×3+15×3217×33+...)\pi = \sqrt{12}(1 - \large\frac{1}{3\times 3}\normalsize + \large\frac{1}{5\times 3^{2}}\normalsize - \large\frac{1}{7\times 3^{3}}\normalsize + ...)

我们知道马达瓦得到了π的精确到小数点后11位的近似值,当他给出

π=3.14159265359\pi = 3.14159265359

这可以通过取上述马达瓦级数的最后一项的21项得到。在[5]中,Gupta给出了梵文文本的翻译,其中给出了马达瓦精确到11位的π的近似值。

也许更令人印象深刻的是,马达瓦给出了他的级数的余项,从而改进了近似值。他通过添加修正项RnR_{n}改进了π4\large\frac{\pi}{4}\normalsize级数的近似值,得到

π4=113+15...12n1±Rn\Large\frac{\pi}{4}\normalsize = 1 - \large\frac{1}{3}\normalsize + \large\frac{1}{5}\normalsize - ... \large\frac{1}{2n-1}\normalsize ± R_{n}

马达瓦给出了RnR_{n}的三种形式,改进了近似值,即

Rn=14nR_{n} = \Large\frac{1}{4n}
Rn=n4n2+1R_{n} = \Large\frac{n}{4n^{2} + 1}
Rn=n2+14n3+5nR_{n} = \Large\frac{n^{2} + 1}{4n^{3} + 5n}

人们做了大量工作,试图重建马达瓦可能是如何找到他的修正项的。最有说服力的是,它们来自一个连分数的前三个渐近分数,而这个连分数本身可以从对π的标准印度近似值,即6283220000\large\frac{62832}{20000}\normalsize,推导出来。

马达瓦还给出了一张表,列出了在给定圆的四分之一内以等间隔画出的二十四条弧的半正弦弦的几乎准确的值。人们认为,他找到这些高度精确的表格的方法是使用了级数展开的等价形式

sinθ=θ13!θ3+15!θ5...\sin \theta = \theta - \large\frac{1}{3!}\normalsize \theta^{3} + \large\frac{1}{5!}\normalsize \theta^{5} - ...

cosθ=112!θ2+14!θ4...\cos \theta = 1 - \large\frac{1}{2!}\normalsize \theta^{2} + \large\frac{1}{4!}\normalsize \theta^{4} - ...

Yukti-Bhasa中的耶斯特迪瓦解释了马达瓦如何在1400年左右找到他的级数展开,这些展开等价于艾萨克·牛顿在1676年左右重新发现的现代版本。历史学家声称,马达瓦使用的方法相当于逐项积分。

Rajagopal声称马达瓦迈出了通向现代经典分析的决定性一步,鉴于他的非凡成就,这似乎非常公平。同样,Joseph在[1]中写道:-

我们可以认为马达瓦是数学分析的创始人。他在这一领域的一些发现表明他具有非凡的直觉,几乎可以与近代的直觉天才拉马努金相媲美,后者在靠近马达瓦出生地的贡伯戈讷姆度过了童年和青年时代。

参考文献

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延伸资源

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