中國古代數學史1-前言

目前,網上都在討論黎曼猜想的即將被證明,以及黎曼猜想到底是什麼?它究竟有什麼作用?如果被證明,將對數學屆產生如何的重大影響?這些都引起眾多網友熱議。但是今天我們不聊這些,原因很簡單,網上資料已經很多了,我在此沒有重複這些。

今天我聊聊我們中國數學史,尤其是古代,講講我們國家在數學上輝煌成績,曾經也是領先於世界的。在中國的武俠小說中,特別是金庸的,在其中“射鵰三部曲”第一部《射鵰英雄傳》,大家是耳熟能詳,其中關於古代數學的橋段是郭靖與黃蓉被鐵掌派追殺,郭、黃二人無意中闖到瑛姑的小屋中,正巧撞見瑛姑正在算這樣一道開平方的問題,“黃蓉坐了片刻,精神稍復,見地下那些竹片都是長約四寸,闊約二分,知是計數用的算子。再看那些算子排成商、實、法、借算四行,暗點算子數目,知她正在計算五萬五千二百二十五的平方根,這時“商”位上已記算到二百三十,但見那老婦撥弄算子,正待算那第三位數字。黃蓉脫口道:“五!二百三十五!”

那老婦吃了一驚,抬起頭來,一雙眸子精光閃閃,向黃蓉怒目而視,隨即又低頭撥弄算子。這一抬頭,郭、黃二人見她容色清麗,不過四十左右年紀,想是思慮過度,是以鬢邊早見華髮。那女子搬弄了一會,果然算出是“五”,抬頭又向黃蓉望了一眼,臉上驚訝的神色迅即消去,又見怒容,似乎是說:“原來是個小姑娘。你不過湊巧猜中,何足為奇?別在這裡打擾我的正事。”順手將“二百三十五”五字記在紙上,又計下一道算題。”小說中所提到的這種計算平方根的方法叫做增乘開方法,是由我國古代數學家賈憲在十一世紀中葉所提出來的,其方法與意大利數學家魯裴尼(P.Ruffini)和英國數學家霍納(W.G.Horner)所提出來的高次方程數值解法相同,但比他們早了750年。

後面瑛姑顯然是不相信黃蓉會算的,接著出了更難的第二題,是開立方根,“這次是求三千四百零一萬二千二百二十四的立方根,她剛將算子排為商、實、方法、廉法、隅、下法六行,算到一個“三”,黃蓉輕輕道:“三百二十四。”那女子“哼”了一聲,哪裡肯信?布算良久,約一盞茶時分,方始算出,果然是三百二十四。”其實之前我們所講的增乘開方法,不只能用來開平方根,還能用來開立方以及更高次方的根。我們接著介紹一下如何用增乘開方法開更高次的平方。

其實小說中的是有問題的。

書中所寫故事的時代背景是寫到成吉思汗去世為止,成吉思汗死於公元1227年,而關於賈憲的增乘開方法的提出時間,所能找到的最早的記載是楊輝的《詳解九章算法纂類》,該書寫於1261年。

也就是說,瑛姑所用的開平方的方法,如果按照時間關係上來看,所用的應該是時間更早的《九章算術》中的開平方的方法;但如果根據書中所寫的瑛姑把算籌擺成“商、實、法、借”四行的話,就應該用的是賈憲的增乘開方法了。

而瑛姑所用的開立方的方法,將算子擺為六行,又是《九章算術》的方法了,用增乘開方法的話只需要擺成五行就夠了。

增乘開方法是賈憲在《九章算術》中開方的方法的基礎上,對傳統方法進行改進,並推廣到了開更高次方的情況。

中國古代數學史1-前言

射鵰英雄傳

金庸後面的武俠小說家,或多或少也會涉及到關於數學的問題,其中最有名是鳳歌的《山海經》系列,《崑崙》、《滄海》、《靈飛經》都講到了中國古代數學,其中人物不僅是武功高強,更是數學高手,重科學、輕儒學。

其中《崑崙》中的“天機十算”更是有名,描述了中國古代數學十個重大問題。

“梁蕭到此,卻已脫離了一無所知的境地,走出雲霧深處,眼前天地一寬。沒有花曉霜,也困他不住。他於算學一道天分極高,只覺算術之妙遠勝武功,越是煩難,越要超越,一時神遊其中,當真忘乎苦樂。

斗轉星移,又過四年,梁蕭循序漸進,從河圖洛書看起,看完了戰國鬼谷子的《鬼谷算經》、孫武的《孫子算經》;鄭玄、王弼等歷代大賢的《易經》論著,揚雄的《太玄》,司馬光的《潛虛》;漢代的《九章算術》、《五曹算經》、《張丘建算經》,祖沖之父子的《綴術》。漸由古算術進入今算術,先後算完《輯古算經》、《洞淵九算》、《數術九章》、《測圓海鏡》,還有天機宮先祖留下的數十卷《天機筆記》。但天機十算依然難解,他不得不參閱各代曆法、機關算學,推演天地之變、日月之行、建築構造之理。為求一解,往往讀書無算。

第五年,冰雪初解、寒梅未凋的時候,梁蕭解出第一題“天地生成解”,由“天地已合之位”,反推“天地未合之數”,直算到“天地生成之數”。這三大數早已有圖形傳世,但如何返璞歸真,逆回“天地生成之數”,卻鮮有人知。總而言之,就是九宮八卦之間的正反變化。

解出第一題後,梁蕭一發不可收拾,相繼解出“太玄兩難”。這兩道難題出自揚雄的《太玄經》,《太玄經》是漢代張衡製造“候風地動儀”的數術根基,繁複精深,多有疑難。次月,梁蕭又解開了第四算“雙手十指題”(按:即後世數術二進制與十進制之轉化,德意志大算學家萊布尼茨三百年後方才提出)、第五算“二十八宿周天解”(按:曆法推算的難題)。隨後是“治河圖”,是一道以數理形的算題,用演段法計算黃河治水的土石方,計算龐大無比,梁蕭整整花了四十多天,方才算出。第七題解得較快,是用垛積術(按:宋元算學中解決高等數學數論問題的精妙方法)解“鬼谷子問”。

八、九兩題全是天文計算,十分繁難,進入了當世最頂尖的天元四元之術。第八算是“子午線之惑”,測算子午線的精確長度,不僅要計算,還要實地測量,著實大費周折;第九算是“日變奇算”,用四元術求太陽的盈縮積差。算到後來,已然脫出四元之限,化為五元,任一算經也無,梁蕭不得不自行參悟。在這道題上花了整整三月時光,終於解到第十算“元外之元”,大意是尋出求任意元解的方法。

梁蕭算了三月,不得門徑,但他積山九仞,不肯功虧一簣,當下翻看典籍,邊學邊算。一晃又是半年,梁蕭形銷骨立,動則心跳氣喘,終於有一天病倒了。這時天機宮上上下下,凡是知道“天機十算”來歷的,全都當梁蕭是瘋子。梁蕭心氣極高,總想一口氣解出天機十算,一鳴驚人,只要一道題沒解,決不透露半點兒風聲。花清淵兄妹來探望他,也不知道他連破九題,只當他長久以來一事無成、積鬱成疾,都是一陣長吁短嘆,反覆叮嚀說:“你才入門,解不出來,也是應該的。”二人不便直言花無媸設局陷他,所以說得十分委婉。梁蕭卻會錯了意,只道這十題他們都已解出來了,一時更覺焦慮,即便躺在病榻上,心中也默算不已。

天機宮名為天機,以算學為立宮之本。僅看藏書閣樓以太極八卦排列,天元閣獨佔太極之位,就知道宮中主人對算學如何看重了。

“天機十算”本是天機宮歷代算學宗師所留,其中雖有若干古今名題,更多卻是宗師們生前無法解答的困惑,刻在石牆上,以待後人解答。但是,當算題刻到第八算時,百年來無人能解,直到“滄溟神算”花元茂出世。花元茂奇才天縱,解完八算以後,陸續給出了兩道算題。第九算他自己刻出,又自己解開了。到了這個時候,花元茂算學之妙,曠古凌今,但他猶不滿足,又給出了“元外之元”,求任意次元之解。這已不是計算,而是挑戰自己。”

北宋是中國古代數學巔峰了,上面羅列的梁蕭所學幾乎是中國古代數學的精華,下面我會一一介紹,並且介紹整個數學的歷史和成就,希望大家指正。

中國古代數學史1-前言

鳳歌 崑崙

【參考文獻】

[1] 金庸. 射鵰英雄傳[M]. 北京: 生活·讀書·新知三聯書店, 1994.

[2] 鳳歌. 崑崙


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