關(guān)于數(shù)學(xué)史的論文參考范文
關(guān)于數(shù)學(xué)史的論文參考范文
數(shù)學(xué)史是研究數(shù)學(xué)科學(xué)發(fā)生發(fā)展及其規(guī)律的科學(xué)，簡單地說就是研究數(shù)學(xué)的歷史。下文是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的數(shù)學(xué)史的論文參考范文的內(nèi)容，歡迎大家閱讀參考!
數(shù)學(xué)史的論文參考范文篇1
淺談流形概念的演變與理論發(fā)展
一、引 言
流形是 20 世紀(jì)數(shù)學(xué)有代表性的基本概念，它集幾何、代數(shù)、分析于一體，成為現(xiàn)代數(shù)學(xué)的重要研究對象。 在數(shù)學(xué)中，流形作為方程的非退化系統(tǒng)的解的集合出現(xiàn)，也是幾何的各種集合和允許局部參數(shù)化的其他對象?！?〕53物理學(xué)中，經(jīng)典力學(xué)的相空間和構(gòu)造廣義相對論的時空模型的四維偽黎曼流形都是流形的實例。
流形是局部具有歐氏空間性質(zhì)的拓撲空間，粗略地說，流形上每一點的附近和歐氏空間的一個開集是同胚的，流形正是一塊塊歐氏空間粘起來的結(jié)果。 從整體上看，流形具有拓撲結(jié)構(gòu)，而拓撲結(jié)構(gòu)是“軟” 的， 因為所有的同胚變形會保持拓撲結(jié)構(gòu)不變，這樣流形具有整體上的柔性，可流動性，也許這就是中文譯成流形(該譯名由著名數(shù)學(xué)家和數(shù)學(xué)教育學(xué)家江澤涵引入)的原因。
流形作為拓撲空間，它的起源是為了解決什么問題? 是如何解決的? 誰解決的? 形成了什么理論?這是幾何史的根本問題。 目前國內(nèi)外對這些問題已有一些研究〔1-7〕，本文在已有研究工作的基礎(chǔ)上，對流形的歷史演變過程進行了較為深入、 細致的分析，并對上述問題給予解答。
二、流形概念的演變
流 形 概 念 的 起 源 可 追 溯 到 高 斯 (C.F.Gauss,1777-1855)的內(nèi)蘊幾何思想 ,黎曼(C.F.B.Riemann,1826-1866)繼承并發(fā)展了的高斯的想法，并給出了流形的描述性定義。 隨著集合論和拓撲學(xué)的發(fā)展，希爾伯特(D.Hilbert,1862-1943)用公理化方案改良了黎曼對流形的定義， 最終外爾(H.Weyl,1885-1955)給出了流形的嚴格數(shù)學(xué)定義。
1. 高斯-克呂格投影和曲紋坐標(biāo)系
十八世紀(jì)末及十九世紀(jì)初，頻繁的拿破侖戰(zhàn)爭和歐洲經(jīng)濟的發(fā)展迫切需要繪制精確的地圖，于是歐洲各國開始有計劃地實施本國領(lǐng)域的大地測量工作。 1817 年，漢諾威政府命令高斯精確測量從哥廷根到奧爾頓子午線的弧長， 并繪制奧爾頓的地圖，這使得高斯轉(zhuǎn)向大地測量學(xué)的問題與實踐。 高斯在繪制地圖中創(chuàng)造了高斯-克呂格投影， 這是一種等角橫軸切橢圓柱投影，它假設(shè)一個橢圓柱面與地球橢球體面橫切于某一條經(jīng)線上，按照等角條件將中央經(jīng)線東、西各 3°或 1.5°經(jīng)線范圍內(nèi)的經(jīng)緯線投影到橢圓柱面上， 然后將橢圓柱面展開成平面。
采用分帶投影的方法，是為了使投影邊緣的變形不致過大。 當(dāng)大的控制網(wǎng)跨越兩個相鄰?fù)队皫?，需要進行平面坐標(biāo)的鄰帶換算。 高斯-克呂格投影相當(dāng)于把地球表面看成是一塊塊平面拼起來的， 并且相鄰?fù)队皫У淖鴺?biāo)可以進行換算。 這種繪制地圖的方式給出了“流形”這個數(shù)學(xué)概念的雛形。
大地測量的實踐導(dǎo)致了高斯曲面論研究的豐富成果。 由于地球表面是個兩極稍扁的不規(guī)則橢球面，繪制地圖實際上就是尋找一般曲面到平面的保角映射。 高斯利用復(fù)變函數(shù)，得出兩個曲面之間存在保角映射的充要條件是兩個曲面的第一類基本量成比例。 高斯關(guān)于這一成果的論文《將一給定曲面投影到另一曲面而保持無窮小部分相似性的一般方法》 使他獲得了 1823 年哥本哈根科學(xué)院的大獎，也使他注意到當(dāng)比例常數(shù)為 1 時，一個曲面可以完全展開到另一個曲面上。 高斯意識到這個成果的重要性，在論文的標(biāo)題下面寫下了一句話：“這些結(jié)果為重大的理論鋪平了道路。 ”〔8〕189這里重大的理論就是高斯后來建立的內(nèi)蘊幾何學(xué)。
全面展開高斯的內(nèi)蘊幾何思想的是他 1827 年的論文《關(guān)于曲面的一般研究》，這是曲面論建立的標(biāo)志性論述。〔2〕163高斯在這篇文章中有兩個重要創(chuàng)舉：第一，高斯曲率只依賴于曲面的度量，即曲面的第一基本形式;第二，測地三角形內(nèi)角和不一定等于 180°，它依賴于三角形區(qū)域的曲率積分。 高斯的發(fā)現(xiàn)表明，至少在二維情況下可以構(gòu)想一種只依賴于第一基本形式的幾何，即曲面本身就是一個空間而不需要嵌入到高維空間中去。〔3〕32,〔4〕308高斯在這兩篇論文中都使用曲紋坐標(biāo)(u,v)表示曲面上的一個點，這相當(dāng)于建立了曲面上的局部坐標(biāo)系。 突破笛卡爾直角坐標(biāo)的局限性是高斯邁出的重要一步，但問題是：曲紋坐標(biāo)只適用于曲面的局部，如果想使曲面上所有的點都有坐標(biāo)表示，就需要在曲面上建立若干個局部坐標(biāo)系，那么這些坐標(biāo)系是否彼此協(xié)調(diào)一致? 這是高斯的幾何的基礎(chǔ)。 高斯當(dāng)時不具備足夠的數(shù)學(xué)工具來發(fā)展他的幾何構(gòu)想，但高斯對空間的認識深刻地影響了黎曼。
2. 黎曼的“關(guān)于幾何基礎(chǔ)的假設(shè)”
黎曼在 1851 年的博士論文 《單復(fù)變函數(shù)的一般理論》中，為研究多值解析函數(shù)曾使用黎曼面的概念，也就是一維復(fù)流形，但流形是什么還沒有定義。 在高斯的幾何思想和赫巴特(J.F.Herbart,1776-1841)的哲學(xué)思想的影響下 ,黎曼 1854 年在哥廷根做了著名演講《關(guān)于幾何基礎(chǔ)的假設(shè)》，演講中他分析了幾何的全部假設(shè)，建立了現(xiàn)代的幾何觀?！?〕2全文分三部分，第一部分是 n 維流形的概念，第二部分是適用于流形的度量關(guān)系，第三部分是對空間的應(yīng)用。
黎曼在開篇中提到：“幾何學(xué)事先設(shè)定了空間的概念， 并假設(shè)了空間中各種建構(gòu)的基本原則。 關(guān)于這些概念，只有敘述性的定義，重要的特征則以公設(shè)的形態(tài)出現(xiàn)。 這些假設(shè)(諸如空間的概念及其基本性質(zhì))彼此之間的關(guān)系尚屬一篇空白;我們看不出這些概念之間是否需要有某種程度的關(guān)聯(lián)，相關(guān)到什么地步，甚至不知道是否能導(dǎo)出任何的相關(guān)性。 從歐幾里得到幾何學(xué)最著名的變革家雷建德，這一領(lǐng)域無論是數(shù)學(xué)家還是哲學(xué)家都無法打破這個僵局。 這無疑是因為大家對于多元延伸量的概念仍一無所知。 因此我首先要從一般量的概念中建立多元延伸量的概念。 ”〔9〕411從開篇中我們可以看到黎曼演講的目的所在：
建立空間的概念，因為這是幾何研究的基礎(chǔ)。 黎曼為什么要建立空間的概念? 這與當(dāng)時非歐幾何的發(fā)展有很大關(guān)系。 羅巴切夫斯基(N.L.Lobatchevsky,1793-1856) 和波約 (J.Bolyai,1802-1860) 已經(jīng)公開發(fā)表了他們的非歐幾何論文，高斯沒有公開主張非歐幾何的存在，但他內(nèi)心是承認非歐幾何并做過深入思考的。 然而就整個社會而言，非歐幾何尚未完全被人們接受。 黎曼的目的之一，是以澄清空間是什么這個問題來統(tǒng)一已經(jīng)出現(xiàn)的各種幾何;并且不止如此，黎曼主張一種幾何學(xué)的全局觀：作為任何種類的空間里任意維度的流形研究。
黎曼在第一部分中引入了 n 維流形的概念。 他稱 n 維流形為 n 元延伸量，把流形分為連續(xù)流形與離散流形，他的研究重點是把連續(xù)流形的理論分為兩個層次，一種是與位置相關(guān)的區(qū)域關(guān)系，另一種是與位置無關(guān)的大小關(guān)系。 用現(xiàn)代術(shù)語來講，前者是拓撲的理論，后者是度量的理論。 黎曼是如何構(gòu)造流形呢?他的造法類似于歸納法，n+1 維流形是通過 n 維流形同一維流形遞歸地構(gòu)造出來的; 反過來，低維流形可以通過高維流形固定某些數(shù)量簡縮而成。 這樣每一個 n 維流形就有 n 個自由度，流形上每一點的位置可以用 n 個數(shù)值來表示，這 n 個數(shù)值就確定了一個點的局部坐標(biāo)。 黎曼這種構(gòu)造流形的方法顯然是受到赫巴特的影響。 赫巴特在《論物體的空間》中提到：
“ 從一個維度前進到另一個維度所依據(jù)的方法，很明顯是一個始終可以繼續(xù)發(fā)展的方法，然而現(xiàn)在還沒有人會想到按空間的第三個維度去假設(shè)空間的第四個維度。 ”〔10〕197可看出黎曼受到赫巴特的啟發(fā)并突破了三維的限制按遞歸的方法構(gòu)造了 n 維流形， 這種構(gòu)造方法體現(xiàn)了幾何語言高維化的發(fā)展趨勢。 從本質(zhì)上講， 黎曼的 “流形” 概念與當(dāng)時格拉斯曼 (H. G.Grassmann,1809-1877) 的 “ 擴張 ” 概念和施萊夫利(L. Schlafli,1814-1895)的 “連續(xù)體 ”概念基本一致 .〔6〕83流形應(yīng)具有哪些特征呢? 黎曼提到：
“把由一個標(biāo)記或者由一條邊界確定的流形中的特殊部分稱為量塊(Quanta)，這些量塊間數(shù)量的比較在離散情形由數(shù)數(shù)給出，在連續(xù)情形由測量給出。 測量要求參與比較的量能夠迭加，這就要求選出一個量，作為其他量的測量標(biāo)準(zhǔn)。 ”〔9〕413黎曼在此使用的量塊體現(xiàn)了現(xiàn)在拓撲學(xué)中的鄰域概念的特征，“參與比較的量能夠迭加”則是要求兩個量塊重疊的部分有統(tǒng)一的測量標(biāo)準(zhǔn)， 即保證任意兩個局部坐標(biāo)系的相容性，這在后來由希爾伯特發(fā)展為 n 維流形局部與 n 維歐氏空間的同胚。 黎曼這種引入點的坐標(biāo)的方法并不是很清晰的，這種不清晰來自他缺乏用鄰域或開集來覆蓋流形進而建立局部坐標(biāo)系的思想。11〕8在文章第二部分黎曼討論了流形上容許的度量關(guān)系。 他在流形的每一點賦予一個正定二次型，借助高斯曲率給出相應(yīng)的黎曼曲率概念。 進一步，黎曼陳述了一系列曲率與度量的關(guān)系。 曲面上的度量概念， 等價于在每一點定義一個正定的二次型，亦稱為曲面的第一基本形式。 自高斯以來，第一基本形式的內(nèi)蘊幾何學(xué)幾乎一直占據(jù)著微分幾何的中心位置。 從后來的希爾伯特和外爾的流形的定義可看出，他們都延續(xù)了高斯的內(nèi)蘊幾何思想。
3. 希爾伯特的公理化方法
從 19 世紀(jì) 70 年代起，康托爾(G. Cantor,1845-1918)通過系統(tǒng)地研究歐幾里得空間的點集理論，創(chuàng)立了一般集合論，給出了許多拓撲學(xué)中的概念。 康托爾的研究為點集拓撲學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)，這使得希爾伯特能夠利用一種更接近于拓撲空間的現(xiàn)代語言發(fā)展流形的概念。 希爾伯特在 1902 年的著作《幾何基礎(chǔ)》中引進了一個更抽象的公理化系統(tǒng)，不但改良了傳統(tǒng)的歐幾里得的《幾何原本》，而且把幾何學(xué)從一種具體的特定模型上升為抽象的普遍理論。在這部著作中他嘗試以鄰域定義二維流形(希爾伯特稱之為平面， 而把歐氏平面稱為數(shù)平面)，提出了二維流形的公理化定義：
“平面是以點為對象的幾何， 每一點 A 確定包含該點的某些子集，并將它們叫做點的鄰域。
(1) 一個鄰域中的點總能映射到數(shù)平面上某單連通區(qū)域，在此方式下它們有唯一的逆。 這個單連通區(qū)域稱為鄰域的像。
(2)含于一個鄰域的像之中而點 A 的像在其內(nèi)部的每個單連通區(qū)域， 仍是點 A 的一個鄰域的像。若給同一鄰域以不同的像，則由一個單連通區(qū)域到另一個單連通區(qū)域之間的一一變換是連續(xù)的。
(3)如果 B 是 A 的一個鄰域中的任一點 ,則此鄰域也是 B 的一個鄰域。
(4)對于一點 A 的任意兩個鄰域 ,則存在 A 的第三個鄰域，它是前兩個鄰域的公共鄰域。
(5)如果 A 和 B 是平面上任意兩點 ,則總存在A 的一個鄰域它也包含 B. ”
〔12〕150可以看出在希爾伯特的定義中，(1)和(2)意味著在平面(二維流形)的任意一點的鄰域到數(shù)平面(歐氏平面)的某單連通區(qū)域上都能建立同胚映射。 (3)-(5)意圖是要在平面(二維流形)上從鄰域的角度建立拓撲結(jié)構(gòu)。 希爾伯特的定義延續(xù)了黎曼指明的兩個方向：流形在局部上是歐氏的(這一點黎曼已經(jīng)以量塊迭加的方式提出)，在整體上存在一個拓撲結(jié)構(gòu)。 這個拓撲結(jié)構(gòu)希爾伯特顯然要以公理的方法建立 (這一工作后來由豪斯道夫完成，豪斯道夫發(fā)展了希爾伯特和外爾的公理化方法，在 1914 年的著作《集論基礎(chǔ)》 中以鄰域公理第一次定義了拓撲空間)，〔13〕249但與豪斯道夫的鄰域公理相比， 他的定義還不完善，比如(3)中描述的實際上是開鄰域。 另外，他沒有提流形須是一個豪斯道夫空間。希爾伯特已經(jīng)勾勒出流形的基本框架，隨著拓撲學(xué)的發(fā)展，外爾完善了希爾伯特的工作，給出了流形的現(xiàn)代形式的定義。
4. 外爾對流形的現(xiàn)代形式的定義
外爾是希爾伯特的學(xué)生，是二十世紀(jì)上半葉最偉大的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和哲學(xué)家之一。 從 1911 到1912 年，外爾在哥廷根大學(xué)開設(shè)一門黎曼函數(shù)論的課程，他發(fā)現(xiàn)黎曼面還沒有一個恰當(dāng)?shù)亩x，以前的研究都依靠直觀，許多證明也不嚴格，于是他決心利用希爾伯特公理化的方法改造函數(shù)論，這首先要給黎曼面一個嚴格的、內(nèi)在的拓撲定義。〔14〕63外爾在查閱了希爾伯特的論文后，并利用了布勞威爾(L.E.Brouwer,1881-1966)關(guān)于 n 維空間的開集間的雙連續(xù)映射下的維數(shù)不變性的結(jié)果， 于 1913 年首先在他的名著《黎曼面的思想》中內(nèi)在地定義了二維流形，這成為日后定義微分流形的基礎(chǔ)。
下面是外爾給出的二維流形的定義：
“定義： 稱 F 是一個二維流形， 若滿足以下條件：
(a) 給定一個稱為”流形 F 上的點“的集合，對于流形 F 中的每一點 p,F 的特定的子集稱為 F 上點 p 的鄰域。點 p 的每一鄰域都包含點 p,并且對于點 p 的任意兩個鄰域，都存在點 p 的一個鄰域包含于點 p 的那兩個鄰域中的每一個之內(nèi)。 如果 U0是點 p0的一個鄰域，并且點 p 在 U0內(nèi)，那么存在點 p的一個鄰域包含于 U0. 如果 p0和 p1是流形 F 上不同的兩個點， 那么存在 p0的一個鄰域和 p1的一個鄰域使這兩個鄰域無交，也就是這兩個鄰域沒有公共點。
(b) 對于流形 F 中每一定點 p0的每一個鄰域U0,存在一個從 U0到歐氏平面的單位圓盤 K0(平面上具有笛卡爾坐標(biāo) x 和 y 的單位圓盤 x2+y2<1)內(nèi)的一一映射，滿足(1)p0對應(yīng)到單位圓盤的中心;(2)如果 p 是鄰域 U0的任意點，U 是點 p 的鄰域且僅由鄰域 U0的點組成， 那么存在一個以 p 的像 p′作為中心的圓盤 K, 使得圓盤 K 中的每一點都是 U中一個點的像;(3)如果 K 是包含于圓盤 K0中的一個圓盤，中心為 p′，那么存在流形 F 上的點 p 的鄰域 U,它的像包含于 K. ”〔15〕17可以看出，(a)從鄰域基的角度定義了 F 是一個豪斯道夫空間。 (b)中的映射為一一的、雙向連續(xù)的(即同胚)映射，這樣(b)定義了 F 中任意一點都有一個鄰域同胚于歐氏空間中的一個開集。 外爾給出的這個定義正是現(xiàn)代形式的流形的定義，盡管外爾的定義是針對二維的情形，但本質(zhì)上給出了流形精確的數(shù)學(xué)語言的定義， 并且推廣到高維沒有任何困難。
一般認為，高維流形的公理化定義由維布倫(O.Veblen,1880-1960) 和 懷 特 黑 德 (A.N.Whitehead,1861-1947)于 1931 和 1932 年給出，即把流形作為帶有最大坐標(biāo)卡集和局域坐標(biāo)連續(xù)以及各階可微變換的點集。 實際上，這種看法沒有足夠重視外爾1919 年對黎曼講演的注釋， 特別是未能利用外爾1925 年的長文《黎曼幾何思想》。 事實上，除了未對高階微分結(jié)構(gòu)予以明確區(qū)分外，外爾的注釋和長文中實質(zhì)上包含了高維微分流形的定義。
三、流形理論的發(fā)展
我們上面提到的流形指拓撲流形，它的定義很簡單，但很難在它上面工作，拓撲流形的一種---微分流形的應(yīng)用范圍較廣。 微分流形是微分幾何與微分拓撲的主要研究對象，是三維歐氏空間中曲線和曲面概念的推廣。 可以在微分流形上賦予不同的幾何結(jié)構(gòu)(即一些特殊的張量場)，對微分流形上不同的幾何結(jié)構(gòu)的研究就形成了微分幾何不同的分支。 常見的有：
1. 黎曼度量和黎曼幾何
仿緊微分流形均可賦予黎曼度量，且不是惟一的。 有了黎曼度量，微分流形就有了豐富的幾何內(nèi)容，就可以測量長度、面積、體積等幾何量，這種幾何稱為黎曼幾何。黎曼這篇《關(guān)于幾何學(xué)基礎(chǔ)的假設(shè)》的就職演說，通常被認為是黎曼幾何學(xué)的源頭。 但在黎曼所處的時代，李群以及拓撲學(xué)還沒有發(fā)展起來，黎曼幾何只限于小范圍的理論。 大約在 1925 年霍普夫(H.Hopf,1894-1971)才開始對黎曼空間的微分結(jié)構(gòu)與拓撲結(jié)構(gòu)的關(guān)系進行研究。 隨著微分流形精確概念的確立，特別是嘉當(dāng)(J.Cartan,1869-1951)在 20世紀(jì) 20 年代開創(chuàng)并發(fā)展了外微分形式與活動標(biāo)架法， 李群與黎曼幾何之間的聯(lián)系逐步建立了起來，并由此拓展了線性聯(lián)絡(luò)及纖維叢的研究。
2. 近復(fù)結(jié)構(gòu)和復(fù)幾何
微分流形 M 上的一個近復(fù)結(jié)構(gòu)是 M 的切叢TM 的一個自同構(gòu)，滿足 J·J=-1. 如果近復(fù)結(jié)構(gòu)是可積的，那么就可以找到 M 上的全純坐標(biāo)卡，使得坐標(biāo)變換是全純函數(shù)， 這時就得到了一個復(fù)流形，復(fù)流形上的幾何稱為復(fù)幾何。
3. 辛結(jié)構(gòu)和辛幾何
微分流形上的一個辛結(jié)構(gòu)是一個非退化的閉的二次微分形式，這樣的流形稱為辛流形，辛流形上發(fā)展起來的幾何稱為辛幾何。 與黎曼幾何不同的是，辛幾何是一種不能測量長度卻可以測量面積的幾何，而且辛流形上并沒有類似于黎曼幾何中曲率這樣的局部概念，這使得辛幾何的研究帶有很大的整體性。 辛幾何與數(shù)學(xué)中的代數(shù)幾何，數(shù)學(xué)物理，幾何拓撲等領(lǐng)域有很重要的聯(lián)系。
四、結(jié) 語
以上談到的是流形的公理化定義的發(fā)展歷史，其線索可概括為高斯---黎曼---希爾伯特---外爾。 導(dǎo)致流形概念誕生的根本原因在于對空間認識的推廣：從平直空間上的幾何，到彎曲空間上的流形概念的歷史演變幾何，再到更抽象的空間---流形上的幾何。 流形概念的一步步完善與集合論和拓撲學(xué)的發(fā)展，特別是鄰域公理的建立密不可分，(微分) 流形已成為微分幾何與微分拓撲的主要研究對象，并發(fā)展成多個分支，如黎曼幾何、復(fù)幾何、辛幾何等。 所以說，幾何學(xué)發(fā)展的歷史就是空間觀念變革的歷史，伴隨著一種新的空間觀念的出現(xiàn)和成熟，新的數(shù)學(xué)就會在這個空間中展開和發(fā)展。
參考文獻
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數(shù)學(xué)史的論文參考范文篇2
淺析清末民國對數(shù)教育情況
6 至 17 世紀(jì)，各學(xué)科知識高速發(fā)展，尤其是天文、航海及近代力學(xué)需要進行大量數(shù)學(xué)計算。為簡化運算，提高運算速度，許多數(shù)學(xué)家花費了大量心血。 蘇格蘭數(shù)學(xué)家納皮爾等人通過多年的研究，發(fā)明了“ 對數(shù)”. 這一發(fā)明影響深遠，它不僅使“ 天文學(xué)家壽命倍增”[1]137( 拉普拉斯語) ,也使伽利略“ 利用時間、空間和對數(shù)，就可創(chuàng)造一個宇宙”[2]1,更不愧于恩格斯將其列為 17 世紀(jì)三大數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。
一、清末對數(shù)教育情況
清末從同治元年( 1862)京師同文館設(shè)立起，至辛亥革命( 1911)推翻清政府止，數(shù)學(xué)教育近代化經(jīng)歷了近五十年的歷程。 在此過程中，前期表現(xiàn)為數(shù)學(xué)課程普遍設(shè)置并進行了教學(xué)方法的改革，后期主要是學(xué)制的頒布與實施及教育行政機構(gòu)的設(shè)立。 1867 年，京師同文館增設(shè)天算館。 由于沒有頒布相應(yīng)的教學(xué)大綱或課程標(biāo)準(zhǔn)，但根據(jù)《 同文館題名錄》所載課程( 1876)及同文館活字本《 算學(xué)課藝》的內(nèi)容可推斷其課程包括代數(shù)學(xué)、平三角、弧三角等。 據(jù)《 同文館算學(xué)課藝》( 1880)卷二中涉及對數(shù)題目 1 道。 第 46 題“ 瓜豆共生”,該題與《 九章算術(shù)》中的“ 蒲莞共生”,“ 兩鼠對穿”同類，但解法卻不是應(yīng)用盈不足術(shù)求解，而改用指數(shù)與對數(shù)求解[4]46. 此足可說明對數(shù)已成為京師同文館的教學(xué)內(nèi)容。
清末，教會學(xué)校盛行。 由傳教士組織的“ 學(xué)校教科書委員會”編譯了大量數(shù)學(xué)教科書，其中《 筆算數(shù)學(xué)》、《 代數(shù)備旨》、《 形學(xué)備旨》、《 八線備旨》 、《 代形合參》 等書流傳甚廣，且編有細草，編者又不止一人?！?八線備旨》四卷，原著美國羅密士，美國傳教士潘慎文選譯，謝洪賚校錄，1894 年出版， 美華書館鉛印本。 該書流傳版本較多，以1898 年益智書會石印本為例，其凡例稱：原本更有論對數(shù)與航海法各一卷都為六卷，但對數(shù)已經(jīng)別譯，而航海又嫌過略，不足以備學(xué)者觀覽，姑且從刪;原本后對數(shù)、八線、弦切對數(shù)等以便檢查[5]1. 此書共四卷，含平三角、量法、測地、弧三角形，是當(dāng)時的三角學(xué)課本，多次重印，影響極大。
清代末期是中西數(shù)學(xué)的融合時期，數(shù)學(xué)的發(fā)展表現(xiàn)出兩個方向：
一是西方變量數(shù)學(xué)的傳入和研究;二是中國傳統(tǒng)數(shù)學(xué)的繼續(xù)研究。 這種情形在諸多算學(xué)課藝中有所反映， 其內(nèi)容中不僅有中國傳統(tǒng)數(shù)學(xué)的天元術(shù)、勾股術(shù)，也有西方傳入的幾何、平面三角、球面三角、指數(shù)、對數(shù)等。而對數(shù)部分內(nèi)容教學(xué)分別散落于代數(shù)與三角教學(xué)中。即先從代數(shù)部分習(xí)得對數(shù)的相關(guān)概念及其運算法則，后由三角部分再習(xí)，主要是用于解三角形，以簡化運算。 如《 平面三角法新教科書》所言，凡關(guān)于三角形問題之解決，而欲得其便捷之計算，莫若用對數(shù)[6]78.
三角學(xué)教科書方面，《 新撰平面三角法教科書》[7]33中第三編，對數(shù)之性質(zhì)及用法。 介紹了對數(shù)定義，對數(shù)之性質(zhì)，對數(shù)之指標(biāo)之定義，對數(shù)之假數(shù)之定義，對數(shù)表之形，比例差，以對數(shù)算直角三形之法?！?平面三角法講義》[8]86中第六編對數(shù)，第七編三角函數(shù)真數(shù)表及對數(shù)表。 雖采用了從左至右橫排版，但其中的未知數(shù) x,y,z 用甲、乙、丙代替，字母 A 用呷代替，字母 B 用口字旁加乙字代替，字母 C 用口字旁加丙字代替。 正弦等三角函數(shù)名稱用正弦、余弦、正切等代替。 如 tanA 用正切呷代替。 全書用手寫版，讀起來似為天書。 依此看來， 數(shù)學(xué)符號的現(xiàn)代化進程也不是一蹴而就的， 其間也有反復(fù)。
《 三角法教科書》[9]1全書七編。第六編三角形之解法將正弦定理直接改為對數(shù)式，沒有介紹對數(shù)的相關(guān)知識。 而在第七編之后專設(shè)“ 附錄”重點介紹了對數(shù)、對數(shù)表用法，三角函數(shù)對數(shù)表用法，三角函數(shù)表用法。 附錄之后是附表，給出了 1- 2000 之五位對數(shù)表，十分飛三角函數(shù)對數(shù)表，十分飛三角函數(shù)表。 代數(shù)教科書方面，《 中學(xué)校數(shù)學(xué)教科書---代數(shù)之部》該書上卷五編，下卷九篇共十四編。其中第十二編為對數(shù)。分兩章，第一章為對數(shù)，第二章為復(fù)利算，年利算。書中原序提到：“ 要目列對數(shù)于最后然實有須使早學(xué)者故置于級數(shù)之后”.“ 學(xué)對數(shù)表之用法期間甚短若使學(xué)者另購對數(shù)表殊有未便乃附至 5000 之對數(shù)表于卷末而 5000 以上之對數(shù)表可依自 500 至 1000之對數(shù)表求得之故使學(xué)其用法足矣”[10]1.
總之，清末時期的對數(shù)教育，主要是先從代數(shù)中講授，繼之以三角中講授。 代數(shù)主要講授對數(shù)、常用對數(shù)的定義，如何求一個數(shù)的對數(shù)，對數(shù)的運算法則，對數(shù)表的用法，用比例法求一個數(shù)的對數(shù)。 三角教科書在引入對數(shù)時主要基于以下理由：一是“ 凡數(shù)過大，演算時甚為困難，若用對數(shù)，則較為便利，用對數(shù)可實現(xiàn)加法代乘法，減法代除法，乘法代自乘，除法代開方”[11]98. 二是“ 以對數(shù)解三角，大可省實算之勞，故須省對數(shù)之性質(zhì)”[12]38.“ 解三角之問題，便于計算，莫對數(shù)若。 對數(shù)之法，學(xué)者于代數(shù)學(xué)雖已知之。 然為應(yīng)用計，茲再述其大略”[13]78.
二、民國對數(shù)教育情況
1912 年，中華民國成立。 同年 9 月頒布《 中學(xué)校令》 規(guī)定中學(xué)校修業(yè)年限為四年。 12 月公布《 中學(xué)校令施行規(guī)則》，規(guī)定數(shù)學(xué)宜授以算術(shù)、代數(shù)、幾何及三角法，女子中學(xué)校可減去三角法。 1913 年 3 月《 中學(xué)校課程標(biāo)準(zhǔn)》 中規(guī)定第一至三學(xué)年習(xí)代數(shù)，第四學(xué)年習(xí)《平面三角大要》。 1922 年頒布《 學(xué)校系統(tǒng)改革案》，規(guī)定中學(xué)校修業(yè)六年，分為初高兩級，初級三年，高級三年。 1923 年《 新學(xué)制課程標(biāo)準(zhǔn)綱要》中規(guī)定，代數(shù)中習(xí)對數(shù)。三角中有邊角互求，三角應(yīng)用大意?！?高級中學(xué)第二組必修的三角課程綱要》中里面有對數(shù)與對數(shù)造表法，航海術(shù)等?！?高級中學(xué)第二組必修的高中代數(shù)課程綱要》中規(guī)定要學(xué)習(xí)對數(shù)、對數(shù)方程式、對數(shù)級數(shù)。 此后的 1929 年亦要求初中三年級代數(shù)課學(xué)習(xí)對數(shù)，三角中使用對數(shù)。 高中仍如 1923 年。 1932 年《 初級中學(xué)算學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定初中第三學(xué)年代數(shù)部分學(xué)習(xí)對數(shù)檢查表及應(yīng)用。將三角部分移至幾可，并要求“ 三角之正式教授，宜移至高中，但三角應(yīng)用極廣，初中亦不可不知。故宜就實例入手，講授三角函數(shù)定義，及三直角三角形解法，簡易測量，余可從略”[14]231. 1932 年《 高級中學(xué)算學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定第一學(xué)年三角部分習(xí)對數(shù)，測量及航海方面之應(yīng)用題。 第二學(xué)年代數(shù)中習(xí)對數(shù)，特性和應(yīng)用。 應(yīng)用題，造表法略論，表之精確度。 1936 年情形亦如上。
1941 年頒布的《 修正初級中學(xué)數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》 由于要“ 適應(yīng)抗戰(zhàn)建國之需要”,教學(xué)時數(shù)有所減少，內(nèi)容略有調(diào)整。 初中不再學(xué)習(xí)三角，代數(shù)也不再學(xué)習(xí)對數(shù)。 同年的《 修正高級中學(xué)數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》第一學(xué)年三角中學(xué)習(xí)對數(shù)理論及應(yīng)用、三角函數(shù)表及三角函數(shù)對數(shù)表用法。 第二學(xué)年代數(shù)中習(xí)對數(shù)。 同年 9 月，頒布《 六年制中學(xué)數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)草案》，規(guī)定六年制中學(xué)，不分初高中，各科全部課程，均采直徑一貫之編配，并選成績優(yōu)良學(xué)校試點。 教材大綱中第三學(xué)年代數(shù)要求學(xué)習(xí)對數(shù)之特性及其應(yīng)用，對數(shù)表。 第五學(xué)年習(xí)解任意三角形，測量及航海方面之應(yīng)用題。
通過梳理近代以來對數(shù)教學(xué)情況可以得出以下結(jié)論。
一是對數(shù)作為數(shù)學(xué)知識引入中國課堂， 主要是學(xué)習(xí)外國的結(jié)果。從京師大學(xué)堂到癸卯學(xué)制，主要是傳教士和中國數(shù)學(xué)家的貢獻。這一時期，學(xué)習(xí)、研究的是西方傳入的對數(shù)知識。 1904 年后，主要是學(xué)習(xí)日本。日本通過明治維新，國力日盛，并在甲午戰(zhàn)爭中獲得了勝利。 晚清政府和國人意識到了科學(xué)教育的重要。 大量的留學(xué)生趕赴日本，學(xué)成之后回國，或著書立說，或投身教育，使得作為“ 西學(xué)”的對數(shù)順利進入中國課堂，并被大量學(xué)生學(xué)習(xí)。
二是對數(shù)運算知識主要在代數(shù)中學(xué)習(xí)，對數(shù)應(yīng)用主要在三角中學(xué)習(xí)，并且初級中學(xué)和高級中學(xué)均有對數(shù)，直到 1941 年才全部移至高中，初中不再學(xué)習(xí)。翻閱大量的近代代數(shù)和三角教科書，我們會發(fā)現(xiàn)從對數(shù)的定義、性質(zhì)到對數(shù)的使用，教科書的敘述和呈現(xiàn)方式基本相同，似有重復(fù)之感。 主要是近代的數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)沒有明確學(xué)習(xí)的程度，所以教學(xué)內(nèi)容更多地依賴于教科書。 而教科書編寫者秉承循環(huán)圓周法編輯教科書，寧可大而全也不肯少而精，主要是一本教科書往往要自成體系，同一知識多次出現(xiàn)在不同級別、不同種類教科書中也就可以理解了。
通過梳理對數(shù)教育的歷史，我們可以看出近代較為注重對數(shù)的應(yīng)用，如解三角形、航海等方面均利用對數(shù)進行求解，而現(xiàn)代教科書則難覓這些。當(dāng)然時代在進步，科學(xué)在發(fā)展，有些知識和方法在不斷地更新，我們現(xiàn)在不可能舍易取難，用對數(shù)方法去解三角形，但翻閱教科書中對數(shù)部分內(nèi)容，給人的直觀感覺就是應(yīng)用。學(xué)以致用，目的性強，容易引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這點是值得借鑒的。
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