第 800 章(1 / 1)

中国通史 中国通史 2000 汉字|168 英文 字 27天前

方程来解的有2个,共列出了2个方程,其中二次方程20个,三次个,四次4个,十次个,其解法大都有详草。从其随乘随加的具体运算过程可以看出,秦九韶提出的高次方程数值解法可以毫不困难地转化为计算机程序。秦九韶还讨论了“投胎”、“换骨”、“玲珑”、“同体连枝”等特殊情形,并将其广泛应用于面积、体积、测量等方面的实际问题。

在西方,关于高次方程数值解法的探讨,经历了漫长的历史过程,直到840年,意大利数学家鲁菲尼(.ruffii,75—822)才创立了一种逐次近似法解决数字高次方程无理根的近似值问题,而89年英国数学家霍纳在英国皇家学会发表的论文“用连续逼近法解任何次数字方程的新方法”中,才提出与增乘开方法演算步骤相同的算法,后被称为“霍纳法”。秦九韶的成就要比鲁菲尼和霍纳早五六百年。

秦九韶对于一次同余组解法的理论概括,是他在数学史上的另一项杰出贡献。一次同余式问题的解法是适应天文学家推算上元积年的需要而产生的。中国古代天文学家假设在远古时代有一年的冬至、甲子日零时和日月合朔在同一时刻。该时刻即称为上元,从上元到本年经过的年数称为上元积年。在既知本年的冬至时刻和十一月平朔时刻的条件下推算这一年的上元积年是一个一次同余问题。设为回归年(从冬至到冬至)日数,r为本年冬至距其前一个甲子日零时的日数,b为一朔望月(从平朔到平朔)的日数,r2为冬至距前一个平朔的日数,则上元积年x满足下列一次同余组x=r(mod0)≡r2(modb)。

3世纪后,中国各家历法都有一个特定的上元积年,但各个时期的天文学家尽管掌握了上元积年的推算方法,却没有明确提出系统的和完整的一次同余理论。

最早见于记载的一次同余问题是《孙子算经》中的“物不知数”问题“今有物不知数,三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二,问物几何。”这相当于求解一次同余组x≡2(mod3)≡3(mod5)≡2(mod7)。

《孙子算经》给出最小正解x=2x70+3x2+2x5-2x05=23,但未说明其理论根据。秦九韶青年时在杭州“访习于太史”,掌握了上元积年的推算方法。他经过深入研究,把上元积年算法与孙子问题的解法联系起来,在《数书九章》中明确给出了一次同余组的一般解法。

设m两两互素若有正整数足imi≡(modmi),i=,2,3,.,,则一次同余组x≡ri(modmi)≡r2(modm2)≡.的解为这就是西方文献中所称的“中国剩余定理”。秦九韶把mi、m、mi和i分别称作定数、衍母、衍数和乘率。

显然,一次同余组解法的关键是求乘率i。因为同余式imi≡(modmi)等价于igi≡(modmi),其中mi≡gi(modmi),0<gi<mi,所以这一问题又归结为求解同余式ax≡(modb),(a,b)=,a<b秦九韶提出的著名的“大衍求一术”,就是求解()的方法(今亦泛指整个一次同余组的解法)。《数书九章》卷三“治历演纪”题,详细记述了南宋开禧历上元积年的推算过程。从大衍求一术的这一具体应用可以清楚看出,秦九韶的算法是完全正确和相当严密的。并且,秦九韶的大衍求一术与他的高次方程数值解法一样,简洁、明确、带有很强的机械性,其程序亦可毫无困难地转化为算法语言,用计算机来实现。

另外还值得一提的是,《数书九章》卷一、卷二大衍类共有9个一次同余组问题,其中只有“余米推数”题(三个模数为9、7、2)可直接应用“中国剩余定理”来解,其余诸题所给模数或带有小数,或带有分数,或为不两两互素的整数,需要进行适当的变换。带有小数和分数的模易于化为整数模。但由于中国古代传统数学中没有素数概念,因而秦九韶不可能用素因数分解的方法来化不两两互素的模为两两互素的模。可是他所设计的一些算法,如“两两连环求等,约奇弗约偶(或约得五,而彼有十,乃约偶弗约奇)”等,不仅较为成功地解决了这一难题,而且在实际计算上比素因数分解法更具优越性。因此,有些学者誉称其为没有素数的素数论。

在西方,最早接触一次同余组的是意大利数学家斐波那契(fiboai,约70—250),他在《算盘书》(202)中给出了两个一次同余问题,但没有一般解法。直到8—9世纪,瑞士数学家欧拉(euler,707—783)和德国数学家高斯(才对一次同余组进行深入研究,重新获得与“中国剩余定理”相同的定理,并对模数两两互素的情形给出严格证明。852年,英国传教士、汉学家伟烈亚力(.ylie,85—887)发表《中国数学科学札记》,其中介绍了大衍求一术。从85年到87年,德国人马蒂生(martthiesse,830—90)等西方学者又多次指出大衍求一术原理与高斯方法的一致性,从而更加引起了欧洲学者的瞩目。德国数学史家康托高度评价了大衍求一术,他称赞发现这一算法的中国数学家是“最幸运的天才”。比利时东方学家李倍始在《3世纪的中国数学》(hiesemathematisithethirteethetury,973)一书中对从《孙子算经》到9世纪末斯提尔吉斯共5个有代表性的解决同余组的人或著作作了比较。他按工作质量所排列的名次是斯提尔吉斯(890),欧拉(743),高斯(80),秦九韶(247),贝维立基(9),哥廷根手稿(约550),休顿(57),慕尼黑手稿(约450),斐波那契(202),杨辉(275),《孙子算经》(约400),阿古洛斯(约350),程大位(592),严恭(372),玉山若干(约40)。秦九韶名列第四。

《数书九章》除了正负开方术和大衍求一术这两项重要成就外,还有不少其他方面的成就。如在代数学方面,改进了线性方程组的解法,普遍应用互乘相消法代替传统的直除法;在几何学方面,提出已知三角形三边之长求其面积的等价于海伦公式的“三斜求积术”将《九章算术》与《海岛算经》中的勾股测望之术发扬光大,等等。《数书九章》的内容非常丰富,从中我们不仅可以找到数学和天文历法乃至雨雪量等方面的珍贵资料,而且还可以了解到南宋时期户口增长、耕地扩展、赋税、利贷、度量衡以及货币流通、海外贸易等社会经济领域的真实情况。

如果说《九章算术》标志着中国古代数学理论的形成,那么《数书九章》则标志着中国古代数学之顶峰,其高次方程数值解法以及一次同余组解法亦代表了中世纪世界数学发展的主流与最高水平。美国科学史家萨顿(sarto,884—95)因此称秦九韶是“他那个民族、他那个时代,并且确实也是所有时代最伟大的数学家之一”。

第六十二章张浚韩侂胄第一节张浚(附张栻)

由依附黄潜善到主张抗金张浚(097—4),字德远,汉州绵竹(今属四川)人。父张