數學史

各式聯立方程組的程序性解法 (1):麥克勞林與卡丹諾(Different Procedural Resolutions of Linear Equations: Maclaurin’s and Cardano’s Works)

各式聯立方程組的程序性解法 (1):麥克勞林與卡丹諾
(Different Procedural Resolutions of Linear Equations: Maclaurin’s and Cardano’s Works)

國立臺南第一高級中學數學科林倉億老師

摘要:本文介紹麥克勞林在其《代數學》中所呈現的二元、三元一次聯立方程組的解公式,它們等價於克拉瑪公式。另外還介紹了卡丹諾在《大技術》中相當於二元一次聯立方程組的程序性解法。

麥克勞林的公式

麥克勞林 (Colin Maclaurin, 1698~1746)在27歲的時候獲得牛頓 (Newton)的推薦擔任愛丁堡大學數學教授一職,將一生都奉獻給了故鄉蘇格蘭。在他死後兩年 (1748年)才出版的著作《代數學》(Treatise of Algebra)中,也有今日所謂的「克拉瑪公式」,他利用解方程式的方式,得出下列的公式:

$$\left\{ \begin{array}{l} ax + by = c\\ dx + ey = f \end{array} \right.\Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} x =\displaystyle \frac{{ce – bf}}{{ae – db}}\\ y =\displaystyle \frac{{af – dc}}{{ae – db}} \end{array} \right.$$

$$\left\{ \begin{array}{l} ax + by + cz = m\\ dx + ey + fz = n\\ gx + hy + kz = p \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} x =\displaystyle \frac{{ekm – bfm + bcn – bkn + bfp – cep}}{{aek – abf + dbc – dbk + gbf – gce}}\\ y =\displaystyle \frac{{afp – akn + dkm – dep + gcn – gfm}}{{aek – abf + dbc – dbk + gbf – gce}}\\ z =\displaystyle \frac{{aep – abn + dbm – dbp + gbn – gem}}{{aek – abf + dbc – dbk + gbf – gce}} \end{array} \right.$$

數學史與數學教學:以一元二次方程式為例

數學史與數學教學:以一元二次方程式為例 (History of Mathematics and Mathematics Teaching: A Case Study of quadratic equations)
台北市立第一女子中學數學科蘇俊鴻老師/國立台灣師範大學數學系許志農教授責任編輯

摘要:本文以一元二次方程式為例,探討數學史與數學教學。

如果被要求解出一元二次方程式 $$x^2+10x=39$$,常見的的作法是:

$$x^2+10x=39\Rightarrow x^2+10x-39=0\Rightarrow (x+13)(x-3)=0\Rightarrow x=-13,~3$$

一旦無法因式分解時,便是「公式解」派上場的時機。通常它是用「配方法」的作法推導出來

$$\begin{array}{ll}ax^2+bx+c=0&\Rightarrow a(x^2+\frac{b}{a}x)=-c\\&\Rightarrow a(x+\frac{b}{2a})^2=\frac{b^2-4ac}{4a}\\&\Rightarrow x+\frac{b}{2a}=\pm\frac{\sqrt{b^2-4ac}}{2a}\\&\Rightarrow x=\frac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a}\end{array}$$

機率歷史

機率歷史 (The History of Probability)
國立蘭陽女中數學科陳敏晧老師/國立臺灣師範大學數學系許志農教授責任編輯

自古以來,對於不可預知的事情,人們總是充滿著好奇,並且在好奇心的驅使下,往往產生了一些或對或錯的法則。姑且不論其動機為何,這些法則卻可能因此開創另一領域或學科,機率論(theory of probability)的發展便是如此。

西方學者於 17 世紀開始對機率理論產生興趣,其理論背景最初只是為了處理如擲骰子、輪盤、撲克牌等遊戲的賭金分配問題。其中擲骰子早期流行於埃及、印度及東方民族,希臘人把擲骰子遊戲的發明,歸功於特洛伊城被圍困時的帕拉墨得斯,當時的人們都十分熱衷此遊戲。古羅馬人也不干示弱,克勞狄皇帝還親自撰寫有關擲骰子的文章。而在《摩軻婆羅多》這部有 3000 年的印度敘事詩中,紀錄了一位狂熱的擲骰子賭徒的不幸,他在輸光了一切之後,竟然拿自己的生命做賭注,真是令人惋惜的一段歷史。

《九章算術》:東方數學經典

《九章算術》:東方數學經典 (Jiu Zhang Suan Shu: Mathematical Classic in East Asia)
國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授/國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授責任編輯

公元一二六一年,榮綮為南宋楊輝《詳解九章算術》寫序時曾說:「九章為算經之首,概由儒者之六經,醫家之難素,兵法之孫子歟。後世學者,有倚其門牆,瞻其步趨,或得一二者,以能自成一家之言。」這幾句話真是道盡了《九章算術》對中國古代數學的影響。

事實上,凡是對它稍有涉獵者,總是忍不住拿它對比《幾何原本》,譬如日本數學史家小倉金之助就曾賦予《九章算術》高度評價:「《九章算術》是中國的數學基本書,其中含有優秀的數學方法。如與希臘數學比較,在幾何學級數論方面稍見遜色,但在算術及代數方面,我確信凌駕於希臘數學之上。」

數學史與數學教學之關連

數學史與數學教學之關連(History and Pedagogy of Mathematics, HPM)
國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授/國立臺灣師範大學數學系洪萬生
教授責任編輯

HPM(International Study Group on the Relations between History and Pedagogy)是國際數學教育委員會(ICMI)的一個研究群,現在,我們也將它借用為數學(教育)的一個知識活動。因此,HPM既代表一個組織,也同時簡稱數學史融入數學教學的一種主張或方法。

點數問題與機率論的源起

點數問題與機率論的源起 (Problem of Points and the origin of probability theory)
國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授/國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授責任編輯

1654年,法國貴族迪默勒 (Chevalier de Méré) 向數學家巴斯卡提出一個賭金分配問題。那就是在一場未完成的賭局中,如何分配賭金呢?這些「賭金」來自賭徒在一開始所下注的。根據慣例,只要一下注,直到遊戲結束前,這些賭金是不屬於任何人的,結束時,只有贏家能擁有全部賭金。

統計:從政治算術到一門科學(Statistics: from political arithmetic to a science)

統計:從政治算術到一門科學(Statistics: from political arithmetic to a science)
國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授/ 國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授責任編輯

「統計」是一個多義的名詞,而且,常常在面對質疑的意見時,被用來保證其可信度。我們有時使用它來談論資料,特別是指數值資料 - 例如,「$$93\%$$ 的統計數值是編造的」。當在這些意義下使用時,統計(statistics)是個複數名詞:數據的每一小部分都是一個統計量(statistic)。當統計(statistics)作為單數名詞使用時,它所指涉的,是一門產生及分析這些數據的科學。這門科學有著悠久的歷史根源,但卻是在二十世紀初期才發展興盛起來。 

圓的度量與π的故事

圓的度量與 $$\pi$$ 的故事 (Circle measurement and the story of $$\pi$$)
國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授/國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授責任編輯

本文主要介紹圓周率的發展史,前半部尤其側重它的精密逼近圓之度量的關連。

$$\pi$$ 有一段長遠且多樣的歷史。這個符號一開始並不用來表示數目,它只是一個希臘字母,對應英文字母中的 $$p$$。不過,現在它所代表的這個數目,在古希臘時期即已廣為人知。

在很久以前,古希臘甚至更早的人們早就知道圓有一個特別的、有用的性質:任一圓的圓周除以它的直徑,總是得到一個相同的數目。如果我們同意把這個數目稱為 $$\pi$$,那麼,這個事實就可轉換成一個熟悉的公式:$$C=\pi d$$(其中 $$C$$ 為圓周,而 $$d$$ 為直徑)。換句話說,任何一個圓的圓周與直徑之比都是相同的。另一方面,古時候的學者們也早已知道:圓的面積總是等於這個常數乘上以半徑為邊的正方形面積,也就是圓面積 $$A=\pi r^2$$(其中 $$r$$ 是半徑)。

ICMI的第一任主席克萊因(Felix Klein: The first president of International Commission on Mathematics Instruction, ICMI)

ICMI的第一任主席克萊因(Felix Klein: The first president of International Commission on Mathematics Instruction, ICMI)
國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授/國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授責任編輯

所謂的 ICMI 是國際數學教育組織,每四年召開一次全球性的國際數學教育會議(International Congress on Mathematics Education, ICME)。明年(2012年),此一國際研討會將在南韓召開,是國際數學教育界的一大盛事。

這個組織的第一任主席,就是偉大的德國數學家克萊因(Felix Klein, 1849-1925)。他出任的原因之一,當然有可能是因為他長期關心數學教育,因此,他以大數學家之尊「蹲下去」,應該在國際之間發揮了極大的影響力吧。

中國剩餘定理

中國剩餘定理 (Chinese Remainder Theorem)
國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授/國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授責任編輯

「中國剩餘定理」是指中國古代用以求解《孫子算經》「物不知數題」的一種方法:

今有物不知其數,三三數之賸二,五五數之賸三,七七數之賸二,問物幾何?

答曰:二十三。

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