中国古代数学史1-前言

目前,网上都在讨论黎曼猜想的即将被证明,以及黎曼猜想到底是什么?它究竟有什么作用?如果被证明,将对数学届产生如何的重大影响?这些都引起众多网友热议。但是今天我们不聊这些,原因很简单,网上资料已经很多了,我在此没有重复这些。

今天我聊聊我们中国数学史,尤其是古代,讲讲我们国家在数学上辉煌成绩,曾经也是领先于世界的。在中国的武侠小说中,特别是金庸的,在其中“射雕三部曲”第一部《射雕英雄传》,大家是耳熟能详,其中关于古代数学的桥段是郭靖与黄蓉被铁掌派追杀,郭、黄二人无意中闯到瑛姑的小屋中,正巧撞见瑛姑正在算这样一道开平方的问题,“黄蓉坐了片刻,精神稍复,见地下那些竹片都是长约四寸,阔约二分,知是计数用的算子。再看那些算子排成商、实、法、借算四行,暗点算子数目,知她正在计算五万五千二百二十五的平方根,这时“商”位上已记算到二百三十,但见那老妇拨弄算子,正待算那第三位数字。黄蓉脱口道:“五!二百三十五!”

那老妇吃了一惊,抬起头来,一双眸子精光闪闪,向黄蓉怒目而视,随即又低头拨弄算子。这一抬头,郭、黄二人见她容色清丽,不过四十左右年纪,想是思虑过度,是以鬓边早见华发。那女子搬弄了一会,果然算出是“五”,抬头又向黄蓉望了一眼,脸上惊讶的神色迅即消去,又见怒容,似乎是说:“原来是个小姑娘。你不过凑巧猜中,何足为奇?别在这里打扰我的正事。”顺手将“二百三十五”五字记在纸上,又计下一道算题。”小说中所提到的这种计算平方根的方法叫做增乘开方法,是由我国古代数学家贾宪在十一世纪中叶所提出来的,其方法与意大利数学家鲁裴尼(P.Ruffini)和英国数学家霍纳(W.G.Horner)所提出来的高次方程数值解法相同,但比他们早了750年。

后面瑛姑显然是不相信黄蓉会算的,接着出了更难的第二题,是开立方根,“这次是求三千四百零一万二千二百二十四的立方根,她刚将算子排为商、实、方法、廉法、隅、下法六行,算到一个“三”,黄蓉轻轻道:“三百二十四。”那女子“哼”了一声,哪里肯信?布算良久,约一盏茶时分,方始算出,果然是三百二十四。”其实之前我们所讲的增乘开方法,不只能用来开平方根,还能用来开立方以及更高次方的根。我们接着介绍一下如何用增乘开方法开更高次的平方。

其实小说中的是有问题的。

书中所写故事的时代背景是写到成吉思汗去世为止,成吉思汗死于公元1227年,而关于贾宪的增乘开方法的提出时间,所能找到的最早的记载是杨辉的《详解九章算法纂类》,该书写于1261年。

也就是说,瑛姑所用的开平方的方法,如果按照时间关系上来看,所用的应该是时间更早的《九章算术》中的开平方的方法;但如果根据书中所写的瑛姑把算筹摆成“商、实、法、借”四行的话,就应该用的是贾宪的增乘开方法了。

而瑛姑所用的开立方的方法,将算子摆为六行,又是《九章算术》的方法了,用增乘开方法的话只需要摆成五行就够了。

增乘开方法是贾宪在《九章算术》中开方的方法的基础上,对传统方法进行改进,并推广到了开更高次方的情况。

中国古代数学史1-前言

射雕英雄传

金庸后面的武侠小说家,或多或少也会涉及到关于数学的问题,其中最有名是凤歌的《山海经》系列,《昆仑》、《沧海》、《灵飞经》都讲到了中国古代数学,其中人物不仅是武功高强,更是数学高手,重科学、轻儒学。

其中《昆仑》中的“天机十算”更是有名,描述了中国古代数学十个重大问题。

“梁萧到此,却已脱离了一无所知的境地,走出云雾深处,眼前天地一宽。没有花晓霜,也困他不住。他于算学一道天分极高,只觉算术之妙远胜武功,越是烦难,越要超越,一时神游其中,当真忘乎苦乐。

斗转星移,又过四年,梁萧循序渐进,从河图洛书看起,看完了战国鬼谷子的《鬼谷算经》、孙武的《孙子算经》;郑玄、王弼等历代大贤的《易经》论著,扬雄的《太玄》,司马光的《潜虚》;汉代的《九章算术》、《五曹算经》、《张丘建算经》,祖冲之父子的《缀术》。渐由古算术进入今算术,先后算完《辑古算经》、《洞渊九算》、《数术九章》、《测圆海镜》,还有天机宫先祖留下的数十卷《天机笔记》。但天机十算依然难解,他不得不参阅各代历法、机关算学,推演天地之变、日月之行、建筑构造之理。为求一解,往往读书无算。

第五年,冰雪初解、寒梅未凋的时候,梁萧解出第一题“天地生成解”,由“天地已合之位”,反推“天地未合之数”,直算到“天地生成之数”。这三大数早已有图形传世,但如何返璞归真,逆回“天地生成之数”,却鲜有人知。总而言之,就是九宫八卦之间的正反变化。

解出第一题后,梁萧一发不可收拾,相继解出“太玄两难”。这两道难题出自扬雄的《太玄经》,《太玄经》是汉代张衡制造“候风地动仪”的数术根基,繁复精深,多有疑难。次月,梁萧又解开了第四算“双手十指题”(按:即后世数术二进制与十进制之转化,德意志大算学家莱布尼茨三百年后方才提出)、第五算“二十八宿周天解”(按:历法推算的难题)。随后是“治河图”,是一道以数理形的算题,用演段法计算黄河治水的土石方,计算庞大无比,梁萧整整花了四十多天,方才算出。第七题解得较快,是用垛积术(按:宋元算学中解决高等数学数论问题的精妙方法)解“鬼谷子问”。

八、九两题全是天文计算,十分繁难,进入了当世最顶尖的天元四元之术。第八算是“子午线之惑”,测算子午线的精确长度,不仅要计算,还要实地测量,着实大费周折;第九算是“日变奇算”,用四元术求太阳的盈缩积差。算到后来,已然脱出四元之限,化为五元,任一算经也无,梁萧不得不自行参悟。在这道题上花了整整三月时光,终于解到第十算“元外之元”,大意是寻出求任意元解的方法。

梁萧算了三月,不得门径,但他积山九仞,不肯功亏一篑,当下翻看典籍,边学边算。一晃又是半年,梁萧形销骨立,动则心跳气喘,终于有一天病倒了。这时天机宫上上下下,凡是知道“天机十算”来历的,全都当梁萧是疯子。梁萧心气极高,总想一口气解出天机十算,一鸣惊人,只要一道题没解,决不透露半点儿风声。花清渊兄妹来探望他,也不知道他连破九题,只当他长久以来一事无成、积郁成疾,都是一阵长吁短叹,反复叮咛说:“你才入门,解不出来,也是应该的。”二人不便直言花无媸设局陷他,所以说得十分委婉。梁萧却会错了意,只道这十题他们都已解出来了,一时更觉焦虑,即便躺在病榻上,心中也默算不已。

天机宫名为天机,以算学为立宫之本。仅看藏书阁楼以太极八卦排列,天元阁独占太极之位,就知道宫中主人对算学如何看重了。

“天机十算”本是天机宫历代算学宗师所留,其中虽有若干古今名题,更多却是宗师们生前无法解答的困惑,刻在石墙上,以待后人解答。但是,当算题刻到第八算时,百年来无人能解,直到“沧溟神算”花元茂出世。花元茂奇才天纵,解完八算以后,陆续给出了两道算题。第九算他自己刻出,又自己解开了。到了这个时候,花元茂算学之妙,旷古凌今,但他犹不满足,又给出了“元外之元”,求任意次元之解。这已不是计算,而是挑战自己。”

北宋是中国古代数学巅峰了,上面罗列的梁萧所学几乎是中国古代数学的精华,下面我会一一介绍,并且介绍整个数学的历史和成就,希望大家指正。

中国古代数学史1-前言

凤歌 昆仑

【参考文献】

[1] 金庸. 射雕英雄传[M]. 北京: 生活·读书·新知三联书店, 1994.

[2] 凤歌. 昆仑


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