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中外科学家发明家丛书_多人【完结】(869)

  第3类问题,即第7及第9—14问,是求各种形状的仓房、地窖或其一 段的高 (深)、广、径问题。

  第4类问题:即第15—20问,是已知勾、股、弦三事二者之积或差,求 勾、股、弦问题。

  这类勾股问题在中国数学史上是首次提出。

  第2、3、4类问题大都归结为一个开带从立方即形如:

  3  2

  x+Ax+ Bx=C( A、 B、C均为正)的三次方程。有的勾股问题要归 结为形如:

  4  2

  x+Bx=C的四次方程,通过两次开平方解决。

  王孝通虽然已能列出三次方程,但他不懂天元术,完全用几何方法推导 方程,所以需要高度技巧,不易被一般人掌握。实际上,宋代以前的方程理 论一直受几何思维束缚,如常数项只能为正,因为常数通常是表示面积、体 积等几何量的;方程次数不高于三次,因为高于三次的方程就难于找到几何 解释了。王孝通的四次方程,是通过两次开平方解决的。

  经过北宋贾宪、刘益等人的工作,求高次方程正根的问题基本解决了。

  贾宪(公元11世纪上半叶),北宋仁宗时任左班殿直,是三班小使臣, 属武职。贾宪著书有两种,一为《黄帝九章算经细草》9卷,一为《算法学 文古集》6卷。

  贾宪改进了传统的开方法,创造了开方作法本源和增乘开方法,对中国 古代数学的算法理论作出了杰出贡献。

  贾宪的第一个贡献是提出立成释锁法并创造开方作法本源。求二次及其 以上次数方程的正根,中国古代统称开方术。开方在宋元时又称为释锁。

  贾宪提出的立成释锁法,如开平方的程序是:

  作4行布算,依次是商 (根)、实(被开方数或常数项)、方法(一次 项系数)、下法(二次项系数,此处是1)。将下法自右向左隔一位移1步, 至实的首位而止;以商的第1位得数乘下法,置于方法,以上商乘方法,减 实;以2乘方法,退1步为廉,下法退2步,得出减根方程,再如法求第2 位得数。

  贾宪的方法与现今方法无异。

  立成是唐宋时期历算家列的算表。顾名思义,立成释锁法是利用一种算 表进行开方。这种算表便是开方作法本源,今称贾宪三角。

  在欧洲,贾宪三角被称为帕斯卡三角,是法国数学家帕斯卡在17世纪初 创造的,比贾宪晚出600年左右。

  三、 《测圆海镜》

  贾宪三角是将整次幂二项式系数

  n

  (a+b) (n=0, 1, 2,……)

  自上而下排成一个三角形。

  贾宪三角下面有五句话,前三句“左袤乃积数,右袤乃隅算,中藏者皆 廉”说明了它的结构,即积、隅、廉的位置;后二句“以廉乘商方,命实而 除之”,提示了积、隅、廉在立成释锁法中的应用。

  显然,利用贾宪三角,当时人们已经把开方术从这之前只能开二次、三 次方推广到开任意高次方。

  随着数学问题的日益复杂,迫切需要一种一般的、能建立任意次方程的 方法,天元术便应运而生了。但在李冶之前,天元术还比较幼稚,记号混乱, 演算烦琐。

  李冶致力于创造一种简便的、适于各种问题的列方程方法。他认识到, 只有摆脱几何思维束缚,建立一套不依赖于具体问题的固定程序,才能实现 上述目的。

  李冶总结出的列方程程序是:

  首先立天元一,这相当于设x为未知数;然后寻找两个等值的而且至少 有一个含天元的多项式;最后把两个等值多项式联为方程,通过“相消”化 成标准形式

  n   n-1

  ax+ax +…a=0

  n  n-1    0

  李冶的《测圆海镜》便是天元术的代表作。

  《测圆海镜》把勾股容圆(切圆)问题作为一个系统来研究,讨论了在 各种条件下用天元术求圆径的问题。

  卷一的圆城图式是全书出发点,书中170题都和这一图式有关。

  卷一的另一部分“识别杂记”阐明了各勾股形边长之间的关系及其与圆 径的关系。

  识别杂记共600余条,每条可看作一个定理 (或公式),其中最重要的 是下面10个圆径公式 (D表直径,r表半径,a,b,c表勾、股、弦)

  1

  (1) D2 

  2 合并同类项,得2x-340x+ 12000= 0)。上下俱半之,得        (化简,

  2 得x-170x+6000=0)。以平方开之,得一百二十步(解方程,得 x=120)。 倍之即圆径也,合问 (所以D=2×120=240)。

  李冶由于摆脱了几何思维束缚,在方程理论上取得了四项进展:

  第一,改变了传统的把实(常数项)看作正数的观念,常数项可正可负, 而不再拘泥于它的几何意义。例如:卷六第四问所得方程为

  2

  -x-72x+ 23040= 0,

  第七问所得方程为

  2

  -x+640x-96000= 0,

  两题常数项的符号恰好相反。实际上,《测圆海镜》中方程各项的符号 均无限制,这是代数学的一个进步。

  第二,李冶已能利用天元术熟练地列出高次方程。书中 170题,有 19 题列出三次方程,13题列出四次方程,还有一题列出六次方程。在这里,未 知数已具有纯代数意义,二次方并非代表面积,三次方程也并非代表体积。


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