Hero Image
定理上的名字:斯蒂格勒定律

定理、公式和数的名字,是记号中几乎没有人质疑的部分。我们写“帕斯卡三角形”、“佩尔方程”、“洛必达法则”,仿佛名字是一个中性的标签。其实不然:名字记录了谁被阅读过,被谁阅读,用的是什么语言。 一条自我证实的定律 1980 年,美国统计学家斯蒂芬·斯蒂格勒发表了一篇文章,提出一条挑衅性的定律:没有哪项科学发现是以其最早发现者的名字命名的。为了圆满,他把这条定律归功于社会学家罗伯特·K·默顿,后者早已研究过这一现象。于是,斯蒂格勒的命名定律本身就是它自己的一个例子。它有些夸张,但正确的频率高得令人不安。 有许多名字的三角形 每个数都是上面两个数之和的那个数字三角形,冠的是布莱兹·帕斯卡的名字,他在 1654 年写过一篇关于它的论文。但它早已出现在约公元 1000 年的波斯人卡拉吉和欧玛尔·海亚姆的书中;出现在 10 世纪印度的哈拉尤达的注释里;而在中国,数学家杨辉于 1261 年发表了它,并归功于两个世纪前的贾宪。在中国,它至今仍叫杨辉三角;在意大利,叫塔尔塔利亚三角形;在伊朗,叫海亚姆三角形。 朱世杰《四元玉鉴》(1303)中的三角形,标题为“古法七乘方图”。数用筹算数字写出,一直到第八行。朱世杰 · 维基共享资源 · 公共领域 上面朱世杰的三角形比帕斯卡早了 350 年,而且请注意,其中的数是用本章第一篇中的算筹写的。“帕斯卡的”这个名字说的不是谁最早看到它,而是说:传到世界各地学校里的数学是欧洲的,欧洲人读帕斯卡在先,读杨辉在后。 什么都没做的佩尔 寻求整数解的方程 $x^2 - N y^2 = 1$ 叫做佩尔方程。英国人约翰·佩尔和它几乎没有关系。印度人婆罗摩笈多在 628 年研究过它,找到了组合解的法则;婆什迦罗第二在 1150 年左右给出了能解所有情形的方法,即环法(chakravala)。在欧洲,费马在 1657 年把它作为挑战提出,威廉·布龙克尔解决了它。是欧拉把佩尔和布龙克尔弄混了,起错了名字,而这个名字就此流传下来。 买来的法则 通过对分子和分母求导来计算 $\frac{0}{0}$ 型极限的法则,冠的是洛必达侯爵的名字,他在 1696 年把它发表在第一本微分学教科书里。但这个结果是他的私人教师约翰·伯努利的。1694 年,两人达成了一项协议:洛必达每年付给伯努利一笔年金,作为交换,他得到伯努利的发现,可以随意使用。在这里,记号记录的是一份合同。 斐波那契的兔子和印度的诗人 数列 $1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, \ldots$ 冠的是斐波那契的名字,他在 1202 年的一道兔子问题中用到了它。几个世纪以前,维拉汉卡以及后来的赫马钱德拉等印度诗人和语法学家,在计算用长短音节组成一行诗有多少种方式时,就已经发现了它。问题关乎节奏,而不是兔子。 现在改名是不可能的,甚至也未必可取:名字是符号的一部分,改了会造成混乱。但知道名字从何而来,会改变它们所教给我们的东西。一个有许多名字的三角形,也在告诉我们:数学是在许多地方创造的。 练习:朱世杰的最后一行朱世杰三角形的最后一行给出 $(a+b)^8$ 的系数。把它写出来,并检验其和。 $1, 8, 28, 56, 70, 56, 28, 8, 1$。和为 $256 = 2^8$,每一行都是如此:令 $a = b = 1$,$(1+1)^8 = 2^8$。在图中找到最后一行正中的 $70$:十位上的 $7$ 用的是算筹的横式,一根代表五的纵筹加两根横筹。

Hero Image
米赢了,十进制时间没有

1793 年,法国大革命正处高潮,国民公会决定时间也要十进制化。一天将有 10 小时,每小时 100 分钟,每分钟 100 秒。钟表匠做出了新的表盘,有些把两种刻度并排放在一起,好让百姓习惯。 钟表匠阿南(Hanin)呈交国民公会的纸质表盘,新时辰用阿拉伯数字,旧时辰用罗马数字,以便对照:“新时辰与旧时辰的关系,经国民公会通过”。Hanin · 维基共享资源 · 公共领域 十进制时间在 1794 年底成为强制规定,1795 年 4 月即被暂停,距颁布只有十七个月。没有人愿意换掉家里的钟,教堂的钟照旧敲十二下,而新时间也没有任何实际好处来弥补这些麻烦。共和历——每月 30 天,分成三个十天的“旬”——维持得稍久一些:拿破仑在 1806 年初把它废除了。 请启用 JavaScript 以使用这个交互图形。完整的推理见正文。 米 埋葬了十进制时间的同一部 1795 年法律,创立了公制。米被定义为从北极到赤道距离的一千万分之一,两位天文学家让-巴蒂斯特·德朗布尔和皮埃尔·梅尚从 1792 年到 1798 年测量了敦刻尔克和巴塞罗那之间的子午线弧,以确定它。克、升和公亩随之而来,全都与米相联系,全都以十为进位。 米在时辰失败的地方取得了胜利,因为它解决了一个真实的问题。法国有数百种地方度量单位,名字相同而数值不同;商业因此受损,国家征税时也一样。十进制使换算像移动小数点一样简单,这正是我们在第1章中看到的位值制的优点。即便如此,它直到 1840 年才在法国成为强制标准。 “砸公斤”暴动 巴西于 1862 年以法律采用公制,给了十年的过渡期。1874 年,新的度量衡开始在东北部内陆的集市上强制执行,帕拉伊巴、伯南布哥、阿拉戈斯和北里奥格兰德的农民冲进市政厅和市场,砸毁了秤和公制标准器。这场暴动被称为 Quebra-Quilos,“砸公斤”。对那些按葫芦瓢和杆子买卖的人来说,新记号是又一种受骗的方式,而且是和新税一起来的。 留下来的百分度 革命者还想把角度十进制化:直角为 100 百分度(gon),一整圈为 400。这个主意比时辰幸运:几代法国测量员和制图员都用过它,它至今仍作为科学计算器的 GRAD 模式,与 DEG 和 RAD 并列。但巴比伦的度,连同它的 360 和 60 分,从来没有挪过位置。 教训是:一种记号不会仅仅因为合乎逻辑就获胜。它获胜,是在使用它的群体从更换中得到的多于失去的时候,也是在推行它的人得到使用者信任的时候。 练习:十进制的傍晚普通钟表的 18 点,在十进制时间里是几点?9 点呢? 到 18 点,一天已经过去了 $\frac{18}{24} = 0.75$。按十进制时间,$0.75 \times 10 = 7.5$ 小时,也就是7 点 50 十进制分。到 9 点,是一天的 $\frac{9}{24} = 0.375$,即 3 点 75 十进制分。这个计算很容易,因为十进制的一天就是一个用十进制写出的分数:一天的 $0.375$ 直接读作 3 点 75。

Hero Image
别样的书写,别样的数学:算筹、点和结

我们今天写数的方式之所以显得自然,是因为它是我们唯一学过的方式。但其他文化用不同的办法解决了同一个问题——写下数量并用它们计算——而每一种解法,都在这些文化能够思考的东西上留下了印记。 中国的算筹 将近两千年里,中国的数学家用算筹计算:竹、骨或金属做的小棍,摆在分成一列列的算板上。每一列是一个十进位,1 到 5 的数字用同样多根算筹摆出;6 到 9 则用一根代表五的算筹再加几根。为了不让相邻的列混淆,算筹的摆法交替变换:个位纵摆,十位横摆,百位又纵摆。 秦九韶《数书九章》(1247)中用筹算数字写出的一道计算。空位已经用一个小圆圈标出,也就是零。秦九韶 · 维基共享资源 · 公共领域 算筹记数法是一种工具的记号:它复制了算板。空位就是没有算筹的一列;当数被搬到纸上,空位变成了空格,到 13 世纪又变成了一个小圆圈,就像上面那一页。 而且算筹有颜色。大约成书于公元前后的《九章算术》教人用“正”数和“负”数解方程组,注释者刘徽在 263 年解释说,一种用红筹,另一种用黑筹,并有加减它们的法则。在欧洲,一千多年以后负数还被称为“荒谬的数”。一种有两种颜色的工具,使欧洲那只用一种墨水的书写迟迟不肯接受的东西变得可以思考。 请启用 JavaScript 以使用这个交互图形。完整的推理见正文。 玛雅的点和横 中美洲的玛雅人以二十为单位计数。一个点代表一,一条横代表五,1 到 19 的数字最多用三条横和四个点表示。数位自下而上叠放,空位有一个专门的符号,像一枚贝壳:一个位值的零,在 4 世纪的铭文中已在使用,与印度的零彼此独立。 《德累斯顿抄本》第 62 页,这是少数留存下来的玛雅书籍之一,此为西尔韦纳斯·莫利的复制本。数用点和横写成,有黑有红,夹在蛇形图案之间。Sylvanus Morley · 维基共享资源 · 公共领域 在历法计算中,第三位不是 $20 \cdot 20 = 400$,而是 $18 \cdot 20 = 360$,接近一年的天数。这套记号为天文和祭祀服务:掌握它的祭司能提前几百年算出日食和金星的周期。 印加人的结 印加人没有字母文字,但有结绳(quipu):挂在一根主绳上的许多细绳,在不同高度上打着结。1923 年,美国人利兰·洛克证明,许多结绳以十进位值制记录数:结在细绳上的高度表示数位(个位在下,十位在上,依此类推),结的类型表示数字。制作和解读结绳的专家,即 quipucamayoc,用它们保存整个帝国的人口普查、贡赋和仓储。 利马拉尔科博物馆收藏的一件印加结绳。每根垂下的细绳都用结的位置和类型保存着一个数。bobistraveling · 维基共享资源 · CC BY 2.0 留下来的六十进制 最后,最古老的位值书写——巴比伦人的书写——在我们的书写里活了下来。他们用六十进制计数,所以一小时有 60 分钟,一分钟有 60 秒,一度有 60 角分。当我们说 $1\text{ h } 23\text{ min } 45\text{ s}$ 时,我们写的是一个三位的六十进制数。