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秦汉数学
秦汉数学,指秦汉时代中国传统数学的成就。在《汉书·艺文志》里称:"《许商算术》二十六卷"。"《杜忠算术》一十六卷"可惜这两部早已散失,现传本只有《周髀》、《九章算术》以及新出土的《算数书》等著作。
由《周髀》表面看来,记载有很多西周周公、商高、陈子、荣方等人的对话,也记载了吕不韦的论说,又因盖天学说是西汉初期天文学家创建的一种宇宙学说,所以初步考证,《周髀》可能成书于西汉时期。它虽是一部盖天学说的天文书籍,但其中却记载了不少数学知识;例如,由于天文历法的需要,书中有相当繁杂的分数运算;书中还记载了"七衡六间"、二十四节气晷影长度的计算问题,是涉及到等差级数的问题。在计算二十四节气晷影长度时,也是按等差级数算法计算的。在《周髀》里,还记载了六条"用矩之道",即"平矩以正绳,偃矩以望高,覆矩以测深,卧矩以知远,环矩以为圆,合矩以为方"。其前四句是说利用相似勾股形性质,进行的一次测量问题,后两句则是说用矩绘制圆、方的问题。《周髀》还记载说,"若求斜至日者,以日下为勾,日高为股。勾、股各自乘,并而开方除之,得斜至日"。即:
这就是所谓"勾股原理",可是在《周髀》里却缺乏严格的证明。《九章算术》采用问题集的形式,全书共246问,202术,厘为九类,计方田、粟米、衰分、少广、商功、均输、盈不足、方程、勾股九章;方田章,38问21术,主要论述各种AE?面图形如方田、直田、圭田、邪田、箕田、圆田、宛田、弧田、环田的面积算法,除宛田、弧田是近似算法外,其余都是正确算法。方田章还论及分数的通分、约分、扩分、加、减、乘、除、比较大小、求平均数的各种运算;粟米章,46问33术,主要论述了20种粮食、饭食的兑换比率表以及四项比例算法。
四项比例算法,当时称之为"今有术",即"以所有数乘所求率为实,以所有率为法,实如法而一"。即:所求数=(所有数×所求率)X所有率。在章末并论述了四项比例算法的特殊情形,即"经率术"、"经术术"、"其率术"、"反其率术";衰分章,20问22术,主要论述配分比例算法,有的问题是按等差级数计算,也有的问题是按等比级数计算的;少广章,24问16术,主要论述已知长方形宽边及其面积,推求其长边的算法,其特殊情形即是已知正方形面积求其一边之长,实即开平方算法,推广此法即是开立方算法,还列有根据圆面积、球体积求其直径的算法;商功章,28问24术,主要论述立体图形的体积算法;均输章,28问28术,主要论述比较复杂的配分比例算法;盈不足章,20问17术,主要论述中国特有的盈亏算法,按现今说法,即是"双设法"或"弦位法";方程章,18问19术,主要论述"方程"的解法,所谓"方程",即今之线性方程组,其解法即相当于加减消元法,由于需要,还论及正、负数的运算法则;勾股章,24问22术,主要论述有关勾股问题的解法,并论及简单的勾股测量问题。
1983年,在湖北出土一部数学著作,一般称之为《算数书》,其中包括有60多个小标题,标题之下列有算题,题下有答,答下有术,《算数书》也是一部问题集。在《算数书·少广》有一问与《九章算术·少广》之第一问极为相似,而《算数书·钱息》有一问与《九章算术·衰分》第二十问完全一致。由这两对问题可看出,《九章算术》是在《算数书》的基础上修改而成的,而《算数书》乃是《九章算术》的母本之一。
在《九章算术》成书之前,已有《许商算术》、《杜忠算术》。而《九章算术》必然参考过这些著作,虽不便认为"许商、杜忠《算术》即是《九章》",但认为《九章算术》是由《算数书》、《许商算术》、《杜忠算术》演变而成的,并非毫无根据。《九章算术》既记录了秦汉时代的数学成就,也反映了秦汉时期的各种章典制度和社会情况。可见,秦汉数学的学术是有一定水平的。
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