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玛雅数学

/Maya mathematics/
最后更新 2022-01-20
浏览 419
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古代玛雅人所创造的数学知识和从事的数学实践的总称。

英文名称
Maya mathematics
所属学科
数学

古代玛雅人主要居住和分布在现今危地马拉、伯利兹、萨尔瓦多、洪都拉斯西部和墨西哥东南部。据考古发现,玛雅文明始于公元前1500年左右,而在约公元3世纪至9世纪发展到了顶峰,这一时期常被历史学家称为玛雅文明的古典时期。和许多古代文明一样,玛雅人的数学知识和实践与他们的农业生产、建筑施工、历法制定和宗教祭祀等活动密不可分。他们曾发展出一套复杂的象形文字书写系统,并将许多知识记录在用无花果树皮做成的折子上,即后来的抄本(codex)。不幸的是,西班牙殖民者将这些抄本焚毁殆尽,只有4个抄本留存于世。人们今天对于玛雅数学的了解,主要来自其中的《德雷斯顿抄本》(写作年代为公元11或12世纪,以其现今的收藏地命名),以及一些残存的碑刻铭文,因此十分有限。

已知玛雅人最引人注目的数学成就是他们的记数系统。事实上,他们有不止一种记数系统。最常见的一种是利用点和杠的组合来表示数字,点代表1,杠代表5。对于20以内的数字,采用五进简单累数制,有横式和纵式两种写法:

WZ-01-玛雅数学1.png

纵式常见于碑刻浮雕,通常是和所要计数的事物名称结合在一起,而且出于美观的考虑在空白处还要添加一些装饰性的月牙符号,例如,这里的Lamat、Xul、Manik都是玛雅历法中的日子名称,Uo是月份名称:

WZ-01-玛雅数学2.png

对于20以上的数字,玛雅人采用的是一种准二十进位值制,即把二十进位值制表示法:


中的第三级单位变成十八进,这以后的单位则在此基础上仍恢复二十进,成为:

通常以横式从上到下书写,例如:

WZ-01-玛雅数学3.png

零可以说是位值制的必然产物,但在历史上它的出现相对于位值制思想往往滞后许多。玛雅人的点杠式记数法也不例外。已知最早的点杠式记数法实物出现在公元前36年,但玛雅人使用零的最早记录是在公元357年。玛雅人的零号像一只贝壳,实际使用时又有多种变体,如图:

WZ-01-玛雅数学4.png

因此,玛雅人的零只是起着占位符的作用,而不是一个参与运算的数。迄今还没有发现玛雅人单独使用零的情况。

一般认为,上述点杠式记数法的出现与玛雅人的所谓长计历法(Long Count)有关。在这种历法中,基本单位分为九级:金(K’in)、乌纳尔(Winal)、顿(Tun)、卡顿(K’atun)、白克顿(Bak’tun)、匹克顿(Pictun)、卡拉勃顿(Calabtun)、金切尔顿(K’inchiltun)、阿劳顿(Alautun),其中1金=1天,1乌纳尔=20金=20天,1顿=18乌纳尔=360天,1卡顿=20顿=7200天,等等。

除点杠式记数法外,玛雅人还使用一种头像式记数法,其中的0和1到12每个数字都由一特定头像表示,13到19每个数字则是将表示10的死神头像特征添加到表示3到9的头像所得,有时13也用一专门头像表示。

WZ-01-玛雅数学5.png

图中显示的是代表8的玉米神头像添加上代表10的死神头像特征形成表示18的头像(注意其下颚露出了骨头)。这种记数法主要用于碑刻铭文,且常和其他表示日期等名称的象形字结合在一起使用。

直到目前,人们尚未发现玛雅人实际进行算术四则运算过程的任何记载,然而对于用点杠式进行加减法的过程复原起来并不困难。至于玛雅人是否运用过乘除法,研究玛雅文明的学者们还存在着争论。不过,从玛雅人遗留下来的天文、历法记录,人们可以推测出他们应该具有较高的计算水平。除长计历外,玛雅人还使用另外两种历法,即用于宗教祭祀的卓尔金(Tzolk’in)历和民用的哈布(Haab’)历。卓尔金历以260天为周期,哈布历以365天为周期。玛雅人非常关心这两种历法共同使用的连锁周期18 980天,它是260和365的最小公倍数,接近52个太阳年,称为一个历法循环(Calendar Round)。在《德雷斯顿抄本》中,玛雅人编制的金星表给出的金星会合周期是584天,非常接近于现在的计算结果583.92。

图1 玛雅遗址:天文观象台(位于奇琴伊察)图1 玛雅遗址:天文观象台(位于奇琴伊察)

对于玛雅人的几何知识,人们同样没有发现任何记载,但从他们遗留下来的建筑和选址规划还是能够获得一些有关的信息。例如,位于奇琴伊察(Chichen Itza)的天文观象台(图1)所蕴含的几何元素就十分明显。其圆柱形建筑内部有螺旋式楼梯,因而得名El Caracol(西班牙语,意为蜗牛)。而通过对蒂卡尔(Tikal)的地图进行分析,人们发现从一号神殿到三号神殿的东西向基线和从三号神殿到编号为5D-90结构的南北向基线构成了一个等腰直角三角形的两直角边。这不像是一种巧合,因为类似的考虑在其他玛雅建筑地点的布局上也有所反映。

图2 玛雅陶器绘画:老祭司传授计算技能图2 玛雅陶器绘画:老祭司传授计算技能

图3 玛雅陶器绘画图3 玛雅陶器绘画

此外,在已经出土的玛雅陶器绘画中有一些主题跟数学有关。如图2表现的是一位老祭司在给年轻学徒传授计算技能。在图3中,从一位神一样的人物腋下飘出的带子上布满了由点杠式数字组成的编码,但其具体含义尚不清楚。

  • IFRAH G.The Universal History of Numbers: From Prehistory to the Invention of the Computer.New York:Wiley,1998.

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