花拉子密,阿拉伯的名人,身兼數學家、天文學家、地理學家三家之長。雖然他的名字拼法不一,但都是繁瑣至極,從英國牛津大學伯得勒亞圖書館收藏的1342年《代數學》(即后文要提到的《復原和化簡的科學》)的阿拉伯文抄本來看,他的全名漢譯后為穆罕默德·依本·穆薩·阿爾——花拉子密。
一般認為,他出生在780年,生于波斯北部城市花拉子姆(如今蘇聯烏茲別克共和國的希瓦城附近),卒于850年。
說起花拉子密,大家首先想到的是那個著名的遺囑。原來,當這個阿拉伯數學家離世之時,他的妻子尚未生產,這是他們的第一個孩子,想到無法陪伴其長大,花拉子密心里充滿了對妻兒的愧疚,只能通過遺產來彌補:“如果我親愛的妻子幫我生個兒子,我的兒子將繼承三分之二的遺產,我的妻子將得三分之一;如果生的是女的,我的妻子將繼承三分之二 的遺產,我的女兒將得三分之一?!?
簡單明了的遺囑,想來這位數學家也掙脫不了重男輕女思想的束縛。誰知,上天也出了個難題,他的妻子幫他生了一對龍鳳胎,那么,如何分配才好呢?
在現如今完善的代數理論體系下,這道題解決起來也不難,雖然多出了一位財產分享者,但是分享比例是固定的。什么意思呢?按遺囑的說法,兒子分到的遺產是妻子的2倍,妻子得到的遺產是女兒的2倍,因此兒子、妻子、女兒的比為4:2:1,總共7份,答案揭曉:兒子得4/7,妻子得2/7,女兒得1/7。
看到這份遺囑,人們大致也能猜出來這是位摯愛數學的人,尤其是代數學。其實花拉子密涉獵廣泛,研究內容包括數學、天文學、歷史學以及地理學等等,讀的多了,研究的多了,自然是有些感悟,因此撰寫了很多著作,《復原和化簡的科學》就是其中一部。
《復原和化簡的科學》又稱為《代數學》,大約寫于公元820年,流傳的版本很多,其中最被認可的有兩種:一種是阿拉伯文手稿,存于牛津大學圖書館,抄錄于1342年,1831年由F·羅森譯成英文;另一種是L·Ch·卡平斯基根據拉丁文譯本《代數學》編譯的。為什么叫“復原和化簡的科學”這么奇怪的名字?原來其阿拉伯書名為‘ilm al-jabr wa’l muqabalah,al-jabr 意思是“復原”或是“還原”,muqabalah 意思是“化簡”或是“對消”,直譯過來就是前文所提到的書名。何謂“復原”?就是把負項移到方程的另一端,就是如今我們所說的移項;以此類推,“化簡”就是方程兩端消去、合并同類項。
我們都知道,代數就是研究用移項和消去這類方法來解方程的學科。代數學源遠流長,不是突然冒出來的概念,而是一個過程,從簡單的加減算術過渡而來的。古埃及時期的紙草書上就有一元一次方程的問題記錄,古巴比倫也有關于二次方程解法的記載。
在花拉子密之前,不少數學家相繼研究過方程問題,古希臘數學家丟番圖、印度數學家婆羅摩笈多等算是其中的翹楚。在其傳世之作《算術》中,丟番圖使用字母表示未知數,通過相應的運算法則,解決了部分二次方程、某些特殊的三次方程以及不少不定方程的問題。婆羅摩笈多的研究則更近了一步,他給出了二次方程的一個求根公式。站在前人的肩膀上,花拉子密給出了二次方程的一般解法,這些在《復原和化簡的科學》一書中都有所涉及。該書標志著代數學的誕生。
《復原和化簡的科學》全書共三部分,第一部分較為完整地討論了一次、二次方程的一半原理以及解法,提出了移項和合并同類項這兩個名詞。這些就是現代意義下初等代數的內容?;ɡ用芙o未知量起了個形象的名字——根,那么,解方程就變成了“求根”的過程。他不僅提出了“二次方程有兩個根”的事實,還點出“可能存在無理根”。
理論需要實踐來踐行,因此,《還原與化簡的科學》的第二部分側重于實用測量計算,第三部分就是用代數方法處理阿拉伯人的遺產問題(看來,遺產對于阿拉伯人來說是常有的糾紛),比如分羊問題。
和丟番圖的《算術》相比,花拉子密的《復原和化簡的科學》在數學符號的運用和選題的深度廣度上稍微顯得遜色:書中完全不是用字母符號,甚至很多地方全篇是文字敘述,如果說以字母表示代數是代數學特征的話,這部著作都很難稱作一部代數方面的著作。那么,為什么這部瑕疵分明的論著被認為是代數學的鼻祖呢?
貼近生活!在書的序言中,花拉子密點明了寫這本書的原因,文字間充滿了對哈里發馬蒙的贊譽,聲稱正是馬蒙對學者的友善、保護、支持激勵他,讓他產生了創作一部有關還原和對消的短篇著論,內容僅限于算術中最簡單最有用的部分,人們在日常事務的處理中經常會用到,例如財產繼承、遺產分配、訴訟、貿易或者丈量土地、挖掘溝渠、幾何計算以及各種其他的項目。不僅如此,他所闡述的問題具有一般性,可以普遍使用他提出的“還原”與“對消”的方法,一成套的體系讓解方程的概念逐漸明朗起來,這是前人的著作中所沒有的。
除去這些,《還原與化簡的科學》中還引入了阿拉伯數字——這些包括零在內的數字,雖然并不復雜,卻使得數學運算發生了革命性的變化:不僅方便使用,還能用來進行長除運算??茖W家喜歡這套數字,孩子也喜歡。這套體系對于科學的發展并沒有很直接的推動作用,卻減少了人們用于簡單計算的時間,提升了運算效率,給了人們更多的時間思考。后來,他的著作被翻譯為拉丁文的時候,這套數字也被傳播到了歐洲,雖然中間引起了誤會,明明是印度的發明,卻被世人稱作“阿拉伯數字”。
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