歷史
春秋前中國數學的萌芽
我們的先民在從野蠻走向文明的漫長曆程中,逐漸認識了數與形的概念。出土的新石器時期的陶器大多為圓形或其他規則形狀,陶器上有各種幾何圖案,通常還有三個著地點,都是幾何知識的萌芽。先秦典籍中有“
隸首作數”、“結繩記事”、“
刻木記事”的記載,說明人們從辨別事物的多寡中逐漸認識了數,並創造了記數的符號。殷商甲骨文(公元前14—前11世紀)中已有13個記數單字,最大的數是“三萬”,最小的是“一”。一、十、百、千、萬,各有專名。其中已經蘊含有十進
位置值制萌芽。傳說
伏羲創造了畫圓的“規”、畫方的“矩”,也傳說黃帝臣子倕[chui垂]是“規矩”和“準繩”的創始人。早在大禹治水時,禹便“左準繩”(左手拿著準繩),“右規矩”(右手拿著規矩)(《史記·禹本紀》)。因此,我們可以說,“規”、“矩”、“準”、“繩”是我們祖先最早使用的數學工具。人們丈量土地面積,測算山高谷深,計算產量多少,粟米交換,制定曆法,都需要數學知識。《周髀〔bi婢〕算經》載商高答周公問,提到用矩測望高深廣遠。相傳西周初年周公(公元前11世紀)制禮,數學成為貴族子弟教育中六門必修課程——
六藝之一。不過當時
學在官府,數學的發展是相當緩慢的。
春秋時期,隨著鐵器的出現,生產力的提高,中國開始了由奴隸制向
封建制的過渡。新的生產關係促進了科學技術的發展與進步。此時王權衰微,
疇人四散,
私學開始出現。最晚在春秋末年人們已經掌握了完備的十進
位置值制記數法,普遍使用了
算籌這種先進的計算工具。人們已諳熟九九乘法表、整數
四則運算,並使用了分數。
戰國至兩漢中國數學框架的確立
戰國時期,各諸侯國相繼完成了向封建制度的過渡。思想界、學術界諸子林立,百家爭鳴,異常活躍,為數學和科學技術的發展創造了良好的條件。儘管沒有一部先秦的數學著作留傳到後世,但是,人們通過田地及國土面積的測量,粟米的交換,收穫及戰利品的分配,城池的修建,水利工程的設計,賦稅的合理負擔,產量的計算,以及測高望遠等生產生活實踐,積累了大量的數學知識。據東漢初鄭眾記載,當時的數學知識分成了方田、粟米、差分、少廣、
商功、
均輸、方程、贏不足、
旁要九個部分,稱為“九數”。九數確立了《
九章算術》的基本框架。
秦始皇結束了列國紛爭,首次建立了中央集權的封建帝國,本應有利於數學的發展。但他的專制政策窒息了
百家爭鳴的學術空氣。秦朝的殘暴統治,尤其是焚書坑儒,給中國文化事業造成空前的浩劫。不久,
劉邦利用推翻暴秦的農民起義,統一了中國,建立了漢朝,史稱西漢。西漢政府與民生息,社會生產力得到恢復、發展,給數學和科學技術的發展帶來新的活力,人們提出了若干算術難題,並創造了解
勾股形、重差等新的數學方法。同時,人們注重先秦文化典籍的收集、整理。作為數學新發展及先秦典籍的搶救工作的結晶,便是《
九章算術》的成書。《九章算術》(省稱《九章》)是中國最重要的數學經典,它之於中國和東方數學,大體相當於《
幾何原本》之於希臘和歐洲數學。在世界古代數學史上,《九章》與《原本》像兩顆璀燦的明珠,東西輝映。
《九章》之前還有一部《
周髀算經》,它本是一部以數學方法闡述
蓋天說的天文著作,一般認為於公元前1世紀成書。卷上記載了商高答周公問,陳子答榮方問。前者有
勾股定理的特例32+42=52,後者有用勾股定理及比例算法測太陽高遠及直徑的內容。近年湖北省張家山出土的竹簡《
算數書》正在整理,其
少廣一問與《九章》少廣章第1問基本相同,兩者的關係有待於研究。
《九章》集先秦到西漢數學知識之大成。據東漢末大學者
鄭玄(公元127—200年)引東漢初
鄭眾(?—公元83年)說,西漢在先秦九數基礎上又發展出勾股、重差兩類數學方法。魏
劉徽說:《九章》是由九數發展而來的,由於秦朝焚書而散壞。西漢
張蒼(?—公元前152年)、
耿壽昌(公元前1世紀)收集秦火遺殘,加以整理刪補,便成為《
九章算術》。方田章提出了完整的分數運算法則,各種多邊形、圓、
弓形等的
面積公式;粟米章提出了比例算法;衰[cui崔]分①章提出了比例分配法則;
少廣章給出了完整的
開平方、
開立方程式;
商功章討論各種立體
體積公式及工程分配方法;
均輸章解決賦役中的合理負擔,也是比例分配問題,還有若干結合西漢社會實際的算術雜題;盈不足章解決
盈虧問題及可以用
盈不足術解決的一般算術問題;方程章是
線性方程組解法,並給出了正負數加減法則;勾股章由旁要發展而成,提出了
勾股定理、解
勾股形及若干測望問題的方法。全書以計算為中心,有90餘條抽象性算法、公式,246道例題及其解法,基本上採取算法統率套用問題的形式。它的許多成就居世界領先地位,奠定了此後中國數學居世界前列千餘年的基礎。《九章》分類不甚合理,沒有任何定義和推導,少數公式不準確,個別公式有錯誤,則是不容諱言的缺點。《九章》的框架、形式、風格和特點深刻影響了中國和東方的數學。
《
九章算術》成書後,注家蜂起。《
漢書·藝文志》所載《許商算術》、《杜忠算術》(公元前1世紀)估計為研究《九章》的作品。東漢
馬續、張衡、
劉洪、
鄭玄、
徐岳、
王粲等通曉《九章算術》,或為之作注。這些著作都未傳世,從後來
劉徽(今山東鄒平人,生卒不詳)《
九章算術注》所反映的信息看,這些研究基本上停留在歸納驗證《九章算術》的正確性方面,理論上未能在《九章》基礎上作出長足進步。
魏晉至唐國中國數學理論體系的建立
《
九章算術》之後,中國的數學著述基本上採取兩種方式:一是為《九章算術》作注;二是以《九章算術》為楷模編纂新的著作。經過兩漢社會經濟和科學技術的大發展,到魏晉,中國封建社會進入一個新的階段,莊園農奴制和門閥
士族占據了經濟政治舞台的中心。思想文化領域中,儒家的統治地位被削弱,
讖緯迷信和繁瑣的經學退出歷史舞台,代之以談三玄——《周易》、《老子》、《
莊子》為主的辯難之風。學者們通過析理,探討思維規律,思想界出現了戰國的
百家爭鳴以來所未有過的生動局面。與此相適應,數學家重視理論研究,力圖把自先秦到
兩漢積累起來的數學知識建立在必然的可靠的基礎之上。
劉徽和他的《
九章算術注》便是這個時代造就的最偉大的數學家和最傑出的數學著作。
大約與劉徽同時或稍前,有趙爽(又名嬰,字君卿,生卒不詳,估計是三國吳人)的《周髀算經注》,其可觀者為“勾股圓方圖”,用600餘字概括了兩漢以來勾股算術的成果。
劉徽《九章算術注》作於魏景元四年(公元263年),原十卷。前九卷全面論證了《九章》的公式、解法,發展了
出入相補原理、
截面積原理、齊同原理和率的概念,在
圓面積公式和錐體
體積公式的證明中引入了無窮小分割和
極限思想,首創了求圓周率的正確方法,指出並糾正了《九章》的某些不精確的或錯誤的公式,探索出解決球體積的正確途徑,創造了解
線性方程組的互乘相消法與方程新術,用
十進分數逼近無理根的近似值等,使用了大量類比、
歸納推理及
演繹推理,並且以後者為主。第十卷原名重差,為
劉徽自撰自注,發展完善了重差理論,此卷後來單行,因第一問為測望一海島的高遠,名之曰《
海島算經》。他還著有《九章重差圖》一卷,已佚。劉徽生活在辯難之風興起而尚未流入
清談的魏晉之交,受思想界“析理”的影響,對《
九章算術》“析理以辭,解體用圖”(《九章算術注·序》),並對各種算法進行總結分析,認為數學像一株枝條雖分而同本乾的大樹,發自一端,形成了一個完整的理論體系。劉徽博覽群書,諳熟諸子百家,他不迷信古人,敢於創新,實事求是。對他未能解決的
牟合方蓋,坦誠直書,表示“以俟能言者”(《九章算術·少廣章注》),表現了一位偉大學者寄希望於後學的坦蕩胸懷。
《
孫子算經》三卷,常被誤認為春秋軍事家
孫武所著,實際上是公元400年前後的作品,作者不詳。這是一部數學入門讀物,給出了籌算記數制度及乘除法則等預備知識,其河上盪杯、
雞兔同籠等問題後來在民間廣泛流傳,“
物不知數”題則開一次
同餘式解法之先河。
張丘建(今山東人,生平不詳)著的《
張丘建算經》三卷,成書於北魏(5世紀下半葉)。此書補充了
等差級數的若干公式,其百雞問題是著名的
不定方程問題,後世十分重視。
《
綴術》包含了
祖沖之(公元429—500年)和兒子
祖暅〔geng 更〕之(一作祖暅,生平不詳)的數學貢獻。由於其內容深奧,隋唐算學館學官(相當於今天大學數學系教授)讀不懂,遂失傳。據認為,將圓周率精確到八位
有效數字、球體積的解決及含有負係數的二次、
三次方程皆是其中的內容。
祖沖之,字文遠,祖籍范陽逎(今河北省
淶源縣)人。劉宋大明六年(公元462年)造
大明曆,使用
歲差,改革閏制。他的改革遭到
守舊派官僚
戴法興的反對,祖沖之不畏權勢,據理駁斥,堅持了反對
讖緯迷信,不虛推古人,實事求是的科學精神。他對機械深有研究,製造過
水碓、水磨、
指南車、千里船、漏壺等,並著《安邊論》、《
述異記》等。
祖暅之,字景爍。從小愛好數學,巧思入神,極其精微。專心致志之時,雷霆不能入。有一次走路時思考問題,僕射
徐勉迎面而來竟然沒有發現,頭撞到徐勉身上,徐勉喚他,他才知道撞了人。其父的《大明曆》經他的努力在梁朝頒行。
北周
甄鸞(今河北無極人,生卒不詳)有三部數學著作傳世,即《
五曹算經》、《
五經算術》、《
數術記遺》。前二部內容淺近,
無足道者。《數術記遺》一卷,傳本題(東)漢
徐岳撰、北周甄鸞注,近人多以為系甄鸞自撰自注,假託徐岳。書中記載了三種大數
進位制及14種算法,其中
珠算雖不同於元明的珠算盤,然開後者之先河,似無可疑。
隋唐是中國封建社會經濟
政治文化的鼎盛時期,然而數學上除
天文曆法研究中
劉焯(公元544—610年)創造等間距內插公式(7世紀初)和
僧一行(公元683—727年)創造不等間距內插公式(8世紀)外,幾無創造,數學成就及理論水平遠遠低於魏晉南北朝。唐初
王孝通(生卒不詳)撰《
緝古算經》一卷,解決了若干複雜的
土方工程及勾股問題,且都用三次或
四次方程解決,是為現存記載三次、四次方程的最早著作。然而,《緝古算經》未必是高於《綴術》的著作。王孝通是歷算博士,曾任太史丞,在
天文曆法方面是保守的。他在《上〈緝古算經〉表》中指責《綴術》全錯不通,於理未盡,大約他與當時別的數學家一樣讀不懂《綴術》。他自詡他的《緝古算經》千金不能排其一字,他一旦瞑目,其方法後人莫曉。科學家不必作謙謙君子,但如此狂妄,也是不足取的。
唐中葉至宋元中國數學的高潮
經過盛唐的大發展,唐中葉之後,生產關係和社會各方面逐漸產生新的實質性變革,到10世紀下半葉,
趙匡胤建立宋朝,統一中國,中國封建社會進入了另一個新的階段,土地所有制以國有為主變為私有為主,租佃農民取代了魏唐的具有農奴身份的部曲、徒附。農業、手工業、商業和科學技術得到更大發展。中國古代四大發明,有三項——
印刷術之廣泛套用及
活字印刷,火藥用於戰爭,
指南針用於航海——完成於唐中葉至北宋。宋
秘書省於元豐七年(公元1084年)首次
刊刻了《
九章算術》等十部算經(時《
夏侯陽算經》、《綴術》已失傳,因8世紀下半葉一部韓延《算術》開頭有“夏侯陽曰”云云而誤認為是前者而刻入,後者只好付之闕如),是世界上首次出現的印刷本數學著作。後來南宋數學家鮑澣之翻刻了這些刻本,有《九章算術》(半部)、《
周髀算經》、《
孫子算經》、《
五曹算經》、《
張丘建算經》五種及《
數術記遺》等孤本流傳到現在,是目前世界上傳世最早的印刷本數學著作。宋元數學家
賈憲、
李冶、
楊輝、朱世傑的著作,大都在成書後不久即刊刻。數學著作藉助
印刷術得以空前廣泛的流傳,對傳播普及數學知識,其意義尤為深遠。
宋元數學高潮早在唐中葉已見端倪。隨著商業貿易的蓬勃發展,人們改進籌算乘除法,新、舊《唐書》記載了大量這類書籍,可惜絕大多數失傳,只有韓延(生平不詳)《算術》(8世紀)以《
夏侯陽算經》的名義流傳下來,該書提出了若干化乘除為加減的捷算法,並在運算中使用了十進小數,極可寶貴。
11世紀上半葉賈憲(生平不詳)撰《黃帝九章算經細草》,是為北宋最重要的數學著作。
賈憲曾任左班
殿直(低級武官),是當時著名天文學家、數學家楚衍的學生。還著有《算法斅古集》二卷,已佚。他將《
九章算術》未離開題設具體對象甚至數值的術文大都抽象成一般性術文,提高了《九章算術》的理論水平;他對某些類型的數學問題進行概括,比如提出開方作法本源即
賈憲三角,作為他提出的立成釋鎖(即開方)法的算表,這是開方問題的綱;他提出了若干新的重要方法,其中最突出的是創造增乘開方法,並提出了開
四次方的程式。賈憲的思想與方法對宋元數學影響極大,是宋元數學的主要推動者之一。《黃帝九章算經細草》因被
楊輝《詳解九章算法》抄錄而大部分保存了下來(
闕卷一、二及卷三上半部,卷五的一部分)。
大科學家沈括(公元1031—1095年)對數學有獨到的貢獻。在《夢溪筆談》中首創
隙積術,開高階
等差級數求和問題之先河,又提出會圓術,首次提出求
弓形弧長的近似公式。
12世紀北宋劉益(生平不詳)撰《
議古根源》,亦失傳。楊輝《田畝比類乘除捷法》引用了它的若干題目與方法。《綴術》失傳之後,開方式的係數仍皆為正數,劉益突破了這個限制,首先引入負係數方程,並創造了益積開方術與減從開方術求其正根,楊輝譽之為“實冠前古”。
1127年金朝入主中原,趙宋南遷,史稱南宋。1234年,蒙古貴族滅金,後來建立元朝。1279年元滅南宋,占領中國。13世紀中葉至14世紀初,是宋元數學高潮的集中體現,也是中國歷史上留下重要數學著作最多的半個世紀,並形成了南宋統治下的長江中下游與金元統治下的
太行山兩側兩個數學中心。
南方中心以
秦九韶、
楊輝為代表,以
高次方程數值解法、
同餘式解法及改進乘除捷算法的研究為主。北方中心則以
李冶為代表,以列高次方程的
天元術及其解法為主。元統一中國後的朱世傑,則集南北兩個數學中心之大成,達到了中國籌算的最高水平。
1247年秦九韶撰成《
數書九章》18卷。秦九韶,字道古,自稱魯郡(今山東省)人,約1202年生於
普州安岳縣(今四川省)。他生活在宋元激烈鬥爭的南宋末年,並捲入了南宋統治集團戰和兩派的鬥爭,支持抗戰派
吳潛,屢遭劉克莊等人彈劾。
賈似道專權後被貶到梅州(今廣東省),不久(約公元1261年)死於任所,並在死後被追隨賈似道的周密醜詆不堪。他天資聰明好學,對數學、天文、土木建築、詩詞、音律、
弓馬等都十分精通。他多次呼籲統治者施仁政,並把數學知識看成開源節流、施仁政、利國利民的有力工具。《
數書九章》分大衍、天時、田域、測望、賦役、錢穀、營建、軍旅、市易九類81題,其成就之大,題設之複雜都超過以往算經,有的問題有88個條件,有的答案多達180條,軍事問題之多也是空前的,反映了秦氏對抗元戰爭的關注。
大衍總數術系統解決了一次
同餘式組解法;正負開方術把以增乘開方法為主導的求
高次方程正根的方法發展到十分完備的程度,有的方程高達十次;
線性方程組解法完全以互乘相消法取代
直除法;提出了與
海倫公式等價的三斜求積公式;使用了完整的十進小數表示法,等等,都是其傑出成就。
楊輝共撰五部數學著作,傳世的有四部,居元以前數學家之冠。楊輝,字謙光,錢塘(今杭州市)人,生平不詳,只知在今江浙一帶管錢糧,為政清廉。與其他大家比較,他的著作偏重於教育與普及。1261年,楊輝在
劉徽注、
李淳風等注釋、
賈憲細草的《
九章算術》基礎上作解題、比類,並補充了圖、乘除、纂類三卷,是為《詳解九章算法》,今圖、乘除、方田、粟米、衰分上半部、
商功之一部分已佚。商功章的比類中的
垛積術發展了沈括的
隙積術;“纂類”則打破了《九章算術》的分類格局,按方法分成乘除、互換、合率、分率、衰分、疊積、盈不足、方程、勾股九類。1262年又撰《日用算法》,著重於改進乘除捷算法,只有少量題目保存下來。1274年撰《乘除通變本末》三卷。卷上的“習算綱目”是一個從啟蒙到《九章》主要方法的數學教學計畫。本書還總結了九歸等乘除捷算法及其口訣。次年編纂《田畝比類乘除捷法》二卷,引用了劉益的方法與題目,批評了《
五曹算經》四不等田求法的錯誤。同年,編纂《續古摘奇算法》二卷,對
縱橫圖即
幻方研究頗有貢獻。後三部書又常合稱為《楊輝算法》。
十二、十三世紀,北方出現了許多
天元術著作,大都失傳,流傳至今的最早的以天元術為主要方法的著作是李冶的《
測圓海鏡》12卷(公元1248年)、《
益古演段》三卷(公元1259年)。李冶(公元1192—1279年),字仁卿,號敬齋,真定欒城(今河北省)人,生於大興(今北京市)。其父為官清廉正直,李冶自幼受到良好的教養,且愛好數學,青年時便成為名重中原的學者,金詞賦科進士。入元,遂隱居於忻、崞〔guo郭〕(今山西省北部)一帶,在極為艱苦的條件下研究數學及各種學問,常粥𫘸〔zhan氈〕不繼,而聚書環堵。1251年起,主持
封龍書院(今河北省)。1257、1260年兩次受到元主
忽必烈召見,發表了立法度,正綱紀,進君子,退小人,減刑罰,止征戰,反對種族偏見的政治主張。他被聘為
翰林學士。然而他羞於作唯天子、宰相之命是聽的御用文人,不久便以老病為辭回到
封龍山。他一生文史著述頗多,僅存《
敬齋古今黈》。《
測圓海鏡》在洞淵九容基礎上考慮了
勾股形與圓的10種基本關係,在卷二一十二中就15個勾股形與圓的關係提出了170個求圓徑長的問題,答案當然都相同。這些問題大都要用
天元術列出方程。卷一是全書的理論基礎,包括圓城圖式、識別雜記等部分。圓城圖式以天、地、乾、坤等漢字表示點,是個創舉。識別雜記提出692條公式,除八條外都是正確的,集歷代勾股形與圓的關係研究之大成。《
益古演段》64問,這是一部用天元術闡釋蔣周(可能是北宋人)《益古集》的方程列法的著作。其中保存了《益古集》的若干題目和舊術(方法)。
朱世傑有兩部重要著作《
算學啟蒙》(公元1299年)、《
四元玉鑒》(公元1303年)傳世。朱世傑,字漢卿,號松庭,燕山(今北京市)人,生平不詳。他在13世紀末以數學名家週遊全國20餘年,向他學習數學的人很多。《算學啟蒙》20門,259問,包括了從乘除及其捷算法到增乘開方法、
天元術等當時數學各方面的內容,形成了一個較完整的體系。《四元玉鑒》24門,288問,卷首給出古法七
乘方圖(改進了的
賈憲三角)等四種五幅圖,以及天元術、二元術、三元術、
四元術的解法範例。創造四元消法,解決了多元高次方程組問題,以及高階
等差級數求和問題,高次
招差法問題,是本書最大的貢獻。此書是中國古代水平最高的數學著作。
楊輝、朱世傑等人對籌算乘除捷算法的改進、總結,導致了珠算盤與珠算術的產生(大約在元中葉),完成了我國計算工具和計算技術的改革。元中後期,又出現了《丁巨算法》、賈亨《算法全能集》、何平子《詳明算法》等改進乘除捷算法的著作。
明清數學——從衰落到艱難的復興
元中葉之後,中國數學急劇衰落,元末的幾部著作只是對乘除捷算法有所改進。明永樂年間(公元1403—1425年)修《
永樂大典》,將前此的中國數學著作按起源、各種數學方法及音義、纂類等分類抄錄。漢唐宋元數學著作在明代大都散佚,清中葉修《四庫全書》,中國古算書多賴此重新面世。
明代
八股取士,思想禁錮嚴重,學者們很少留心數學。
顧應祥、
唐順之是明代數學大家,全然不懂
天元術和增乘開方法。
景泰元年(公元1450年)吳敬撰《九章算法比類大全》十卷,收集歷代套用題,亦拋棄了增乘開方法和天元術。元明之後,隨著籌算捷算法的完備,珠算術產生並得到普及,明朝出現了一批有關
珠算的著作。其最著者為
程大位的《
算法統宗》(公元1592年),凡17卷,595問。此書適應商業發展的需要,以珠算為主要計算工具,並載有珠算開方法。此書在以後二、三百年問被多次翻刻、改編,流傳之廣是罕見的。程大位,字汝思,號渠賓,休寧(今黃山市屯溪區)人,曾在長江中下游地區經商,注意收集算經和數學問題,晚年撰成此書。
16世紀末,
利瑪竇等歐洲傳教士來華,與徐光啟等一起翻譯《
幾何原本》等著作。後來,傳教士們又引入了三角學、
對數等西方初等數學,從此,中國數學開始了中西會通的階段。清朝260餘年,留下數學著作極多,都在不同程度上融會中西數學。
清宣城
梅文鼎(公元1633—1721年)潛心於中西數學研究,著述甚多,其孫梅瑴成將他的著作編輯成《梅氏叢書輯要》60卷,其中數學著作13種40卷,內容遍及當時中國數學的各個門類,對清朝數學影響極大。
康熙皇帝愛好數學,他御定由
梅瑴成、
何國宗、
明安圖、
陳厚耀等編纂的《
數理精蘊》53卷,全面系統地介紹了當時傳入的西方數學知識。上編立綱明體,為數理本源、幾何原本、算術原本等五卷;下編分條致用,為實用數學和借根方比例,以及
對數、三角函式等40卷,表4種8卷,同樣對清朝數學產生了巨大影響。此書於雍正元年(公元1723年)印行。
1723年,雍正帝即位,認為傳教士不利於自己的統治,除少數供職於
欽天監者外,將傳教士悉數趕到澳門。此後,西學的傳入遂告一段落,中國數學家一方面消化前此傳入的數學知識,一方面忙於整理中國古典數學著作。
1773年乾隆帝決定修《四庫全書》,
戴震(公元1724—1777年)從《
永樂大典》中輯出《
周髀算經》、《
九章算術》、《
海島算經》、《
孫子算經》、《
五曹算經》、《
五經算術》以及贗本《
夏侯陽算經》等七部漢唐算經,並加校勘,《
數書九章》、《
測圓海鏡》、《
四元玉鑒》等久佚的宋元算書也陸續輯出或發現,從此掀起了乾嘉時期(公元1736—1820年)研究整理中國古典數學的熱潮。古書注釋以
李潢(?—公元1812年)《九章算術細草圖說》、
羅士琳(公元1789—1853年)《四元玉鑒細草》影響較大。而開創性的研究則以
焦循(公元1763—1820年)《里堂學算記》、
汪萊(公元1768—1813年)《衡齋算學》、
李銳(公元1768—1817年)《李氏算學遺書》最為有名。
18世紀初,法人杜德美(公元1668—1720年)傳入
牛頓、
格雷果里創造的三個三角函式的級數展開式。後來,三角函式和
對數函式展開式的研究成為中國數學家的重要課題。明安圖(17世紀末至18世紀60年代)、
董祐誠(公元1791—1823年)、
項名達(公元1789—1850年)、戴煦(公元1805—1860年)等都作出了傑出貢獻。
李善蘭(公元1811—1882年)的《方圓闡幽》、《弧矢啟秘》、《對數探源》(公元1845年)在三角函式與對數函式的研究上取得了更大的成就。他創造的
尖錐術提出了幾個相當於
定積分的公式,在接觸西方微積分思想之前獨立地接近了微積分學。李善蘭,字壬叔,號秋紉,浙江海寧人。幼年即嗜好數學,30餘歲即獲創造性成果。
1840年,列強用大炮轟開了清朝閉關自守的大門,中國逐漸淪為
半封建半殖民地社會。西方數學以前所未有的規模大量傳入。1852年
李善蘭到上海,與英國傳教士
偉烈亞力(公元1815—1887年)合譯《
幾何原本》後九卷、《代數學》13卷、《
代微積拾級》18卷等許多西方數學著作,後者是中國第一部微積分學譯著。後來,
華衡芳(公元1833—1902年)與英人
傅蘭雅合譯了《代數術》、《微積溯源》、《三角數理》、《決疑數學》等書,後者是中國第一部機率論譯著。他們創造的許多術語至今還在使用。李善蘭還融會中西,著述頗豐。《橢圓正術解》等四種是關於
圓錐曲線的研究,《級數回求》等是關於
冪級數的研究,而《垛積比類》則在朱世傑基礎上系統解決了高階
等差級數求和問題,並提出了著名的
李善蘭恆等式。1872年撰《考數根法》,證明了費爾馬小定理,提出了素數判定法則。他的著作匯集為《則古昔齋算學》,包括14種科學著作。
李善蘭是開展現代數學研究的第一位中國數學家。然而,總的說來,時處清末,經濟衰落,社會動盪,有志於現代數學的人沒有與現代工程技術結合的條件,不可能有大量可觀的成果,而士大夫階層更多的人抱有西學為我中華所固有的偏見,不求甚解。此後不久,尤其是維新變法和
新文化運動之後,中國古代數學傳統基本中斷,中國數學研究納入了統一的現代數學。20世紀是中國數學復興的世紀,人們期待,在下個世紀中國將重新取得數學大國的地位。