古埃及莱茵数学莎草纸中的圆周率及古埃及度量
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2024-06-29 18:34:58
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原标题:古埃及莱茵数学莎草纸中的圆周率及古埃及度量

莱茵德数学纸莎草纸的一部分。/由布鲁克林博物馆和 维基共享资源提供

莱茵数学纸莎草纸可追溯到古埃及第二中期。

《莱因德纸草书》﹝Rhind Papyrus﹞是公元前1650年左右的埃及数学著作,属于世界上最古老的数学著作之一。作者是书记官阿默斯。

内容似乎是依据了更早年代﹝1849 B.C. ─1801 B.C.﹞的教科书,是为当时的包括贵族、祭司等知识阶层所作,最早发现于埃及底比斯(今卢克索附近)的废墟中。公元1858年由英国的埃及学者莱因德﹝A. H. Rhind﹞得到,故名。现藏于伦敦大英博物馆。该纸草书全长544厘米,宽33厘米。

马修-A-麦金托什(Matthew A. McIntosh)公共历史学家

简介

莱茵德数学纸莎草纸(Rhind Mathematical Papyrus,RMP;又称大英博物馆 10057 号纸莎草纸和 pBM 10058 号纸莎草纸)是最著名的古埃及数学作品之一。它以苏格兰古董商亚历山大-亨利-莱茵德(Alexander Henry Rhind)的名字命名,莱茵德于 1858 年在埃及卢克索购买了该纸莎草纸;它显然是在拉美西斯姆(Ramesseum)或其附近进行非法挖掘时发现的。

该纸莎草纸的历史可追溯到公元前 1550 年左右。[1] 大英博物馆于 1865 年收购了该纸莎草纸,同时收购的还有同样归亨利-莱茵德所有的埃及数学皮卷。[2] 纽约布鲁克林博物馆收藏了一些小碎片[3][4],中间 18 厘米(7.1 英寸)的部分已经缺失。它与《莫斯科数学纸莎草纸》是著名的两大数学纸莎草纸之一。莱茵数学纸莎草纸比莫斯科数学纸莎草纸更大,而后者则更古老[3]。

莱茵数学纸莎草纸可追溯到埃及第二中期。它是由抄写员阿赫梅斯(即阿赫莫塞;阿赫梅斯是数学史家所偏爱的一种较早的抄写方式)根据现已失传的阿门内姆哈特三世国王统治时期(第十二王朝)的文本抄写而成的。这份埃及手稿以象形文字书写,高 33 厘米(13 英寸),由多个部分组成,总长度超过 5 米(16 英尺)。19 世纪末,该纸莎草纸开始被音译和数学翻译。数学翻译在几个方面仍不完整。这份文件的年代是希克索斯国王阿波菲斯的第 33 年,其背面还包含了一份单独的历史说明,很可能是其继任者卡穆迪时期("第 11 年")的文件。

印有希克索斯法老阿佩皮(阿波菲斯)最后称号的刀片。/ 波士顿美术博物馆 Keith Schengili-Roberts 拍摄 维基共享资源

在纸莎草纸的开头几段,阿赫迈斯介绍说,纸莎草纸提供了 "精确的计算,用于探究事物,以及所有事物、奥秘......所有秘密的知识"。他接着说

这本书是在上下埃及国王奥塞勒(Awserre)的统治下,于阿凯特(Akhet)33 年 4 月根据上下埃及国王尼玛特雷(Nimaatre)时期的古抄本抄写的。该副本由抄写员阿赫摩斯撰写[2]。

[3]《莱茵数学纸莎草纸》由皮特于 1923 年出版,其中包含对文本的讨论,沿用了格里菲斯的第一、第二和第三卷提纲[6]。

第一卷--算术和代数

莱茵德纸莎草纸的一部分/大英博物馆,公共领域

莱茵德纸莎草纸的第一部分包括参考表格以及 21 道算术题和 20 道代数题。这些问题从简单的分数表达式开始,然后是完形(sekem)问题和更复杂的线性方程(aha问题)[3]。

纸莎草纸的第一部分是2/n表。从 3 到 101 的奇数n的分数2/n用单位分数的和表示。例如,2/15=1/10+1/30。将2/n分解成单位分数的长度永远不会超过 4 项,例如

这个表格后面还有一个更小、更小的表格,是 1 到 9 除以 10 的分数表达式。例如,7 除以 10 记录为:7 除以 10 得 2/3 + 1/30

在这两张表格之后,纸莎草纸上一共记录了 91 个问题,现代人将其命名为问题(或数字)1-87,包括被命名为问题 7B、59B、61B 和 82B 的其他四个项目。问题 1-7、7B 和 8-40 涉及算术和初等代数。

问题 1-6 计算一定数量的面包除以 10 人,并用单位分数记录结果。问题 7-20 演示如何用不同的分数乘表达式 1 + 1/2 + 1/4 = 7/4,以及 1 + 2/3 + 1/3 = 2。问题 21-23 是完形填空问题,用现代符号表示就是简单的减法问题。问题 24-34 是 "啊哈 "问题;它们是线性方程。

例如,问题 32(用现代符号表示)相当于求解 x 的 x + 1/3 x + 1/4 x = 2。问题 35-38 涉及 heqat 的除法,heqat 是古埃及的体积单位。从这道题开始,各种测量单位在纸莎草纸的其余部分变得更加重要,实际上,纸莎草纸其余部分的主要考虑因素就是尺寸分析。问题 39 和 40 计算了面包的分割,并使用了算术级数[2]。

第二册 - 几何学

莱茵德纸莎草纸的一部分。/ 大英博物馆、 维基共享资源提供

概述

莱茵德纸莎草纸的第二部分,即问题 41-59、59B 和 60,由几何问题组成。皮特称这些问题为 "测量问题"[3]。

体积

问题 41-46 展示了如何计算圆柱形和长方形粮仓的体积。在第 41 题中,阿赫迈斯计算了一个圆柱形粮仓的体积。在直径 d 和高 h 的条件下,体积 V 的计算公式为

用现代数学符号表示(并使用 d = 2r),可以得出 V=(8/9)2 2 例外=(256/81) 2 例外。分式项 256/81 近似得出 π 的值为 3.1605......,误差小于 1%。

问题 47 是一个分数等分表,表示 "100 夸脱 "的物理量除以从 10 到 100 的每一个 10 的倍数的十种情况。这些商都是用荷鲁斯之眼分数来表示的,有时也使用一个更小的体积单位,称为 "四倍罗"。四倍赫卡特和四倍罗是由更简单的赫卡特和罗衍生出来的体积单位,因此这四个体积单位满足以下关系: 1个四倍希卡特=4个希卡特=1280个罗=320个四倍罗。因此

100/10 四倍他卡特 = 10 四倍他卡特

100/20 四倍哈卡特 = 5 四倍哈卡特

100/30 四倍石炭酸 = (3 + 1/4 + 1/16 + 1/64) 四倍石炭酸 + (1 + 2/3) 四倍石炭酸

100/40 四重哈卡特 = (2 + 1/2) 四重哈卡特

100/50 四倍哈特 = 2 四倍哈特

100/60 四重唱 = (1 + 1/2 + 1/8 + 1/32) 四重唱 + (3 + 1/3) 四重唱 ro

100/70 quadruple heqat = (1 + 1/4 + 1/8 + 1/32 + 1/64) quadruple heqat + (2 + 1/14 + 1/21 + 1/42) quadruple ro

100/80 四重哈卡特 = (1 + 1/4) 四重哈卡特

100/90 四倍异径管 = (1 + 1/16 + 1/32 + 1/64) 四倍异径管 + (1/2 + 1/18) 四倍异径管 ro

100/100 四倍哈特 = 1 四倍哈特[2]

区域

问题 48-55 展示了如何计算各种面积。具体地说,第 48 题明确加强了 "圆的面积与它的周长平方的面积之比为 64/81 "这一惯例(在几何部分中一直使用)。等价地,纸莎草纸将π近似为 256/81,这在上面对第 41 题的解释中已经提到过。

其他问题说明了如何求矩形、三角形和梯形的面积。

金字塔

最后六个问题与金字塔的斜率有关。一个斜面问题的报告如下:[8]如果一个金字塔高 250 立方厘米,底边长 360 立方厘米,它的斜面是多少?

问题的答案是金字塔底座边长的一半与高度的比值,或者说是金字塔面的高低比。换句话说,求出的 "seked "就是金字塔底面和正面夹角的余切值[8]。

第三卷 - 杂记

莱茵德纸莎草纸的一部分/大英博物馆,公共领域

莱茵德纸莎草纸的第三部分由 91 个问题的剩余部分组成,包括 61、61B、62-82、82B、83-84 和 85-87 个 "数字",这些都是非数学性质的问题。最后一部分包含更复杂的数据表(经常涉及荷鲁斯之眼的分数)、几个有关食物制作的初级代数问题pefsu,甚至还有一个有趣的问题(79),它暗示了几何级数、几何数列以及后来历史上的某些问题和谜语。第 79 题明确提到了 "七座房子、49 只猫、343 只老鼠、2401 穗苏耳、16807 赫卡特"。

具体来说,第 79 题涉及这样一种情况:7 间房子里各有 7 只猫,猫吃掉 7 只老鼠,每只老鼠吃掉 7 穗谷物,每穗谷物产生 7 量谷物。因此,《莱茵纸莎草纸》的第三部分是在前述基础上的一种杂记。问题 61 涉及分数乘法。问题 61B 则给出了计算 1/n 的 2/3 的一般表达式,其中 n 为奇数。用现代符号给出的公式是

61B 中给出的技巧与 2/n 表的推导密切相关。

问题 62-68 是代数性质的一般问题。问题 69-78 都是某种形式的pefsu问题。它们涉及面包和啤酒的强度计算,与生产中使用的某些原材料有关[2]。

问题 79 是几何级数中五个项的和。[3]第 80 题和第 81 题计算荷鲁斯之眼的希努(或希卡特)分数。最后四道数学题,即第 82、82B 和 83-84 题,计算各种动物(如鸡和牛)所需的饲料量。

与 "问题 "相对,莱茵德纸莎草纸上的最后三个问题被命名为 "数字 "85-87,它们广泛散布在纸莎草纸的背面(即背面)。

它们分别是结束文件的一个小短语(有几种翻译的可能性,见下文)、一张与文件正文无关的废纸,用于将文件固定在一起(但其中包含的单词和埃及分数现在已为文件读者所熟悉),以及一个小的历史注释,据认为是在纸莎草纸正文完成后的一段时间写的。该注释被认为描述了 "希克索斯人统治 "时期发生的事件,这是古埃及社会的一个外部中断时期,与其第二个中间时期密切相关。随着这些非数学性但在历史和语言学上耐人寻味的勘误,纸莎草纸的写作也告一段落。

单位一致

莱茵德纸莎草纸中使用的度量单位。/ 明尼苏达州用户提供 维基共享资源

《莱茵德纸草》的大部分材料都与古埃及的度量单位有关,尤其是用于度量单位之间换算的尺寸分析。图片中给出了纸莎草纸中使用的度量单位的对照表。

请参见源文件中的尾注和参考书目。

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