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中国通史第五卷-中古时代-三国两晋南北朝时期 (下)
来源: | 作者:白寿彝 | 发布时间: 1071天前 | 48417 次浏览 | 分享到:

  “百鸡问题”的大意是:公鸡1 只,值钱5 文;母鸡1 只值钱3 文;小鸡3 只,值钱1 文。今有100 文钱买鸡100 只,问可买公鸡、母鸡和小鸡各多少只?此题有三个未知数,仅能列出两个方程,属于不定方程问题。《张丘建算经》给出三组答案,并有一段说明文字。但是由于其中没有具体解法,因而引起种种猜测。对于中国古代如何解不定方程,至今众说纷坛,尚无定论,不定方程问题最早见于《九章算术》方程章的“五家共井”题,但术文简略,暗含限制条件,没有一般解法。北周甄鸾《数术记遗》也收录了百鸡问题,但数据与《张丘建算经》有所不同。该题应有两组答案,但他仅给出一组,并说明这类问题“不用算筹,宜以心计”,即采用试算的办法去解决。南宋杨辉《续古摘奇算法》引述了《辩古根源》(已失传)中的“百桔问题”,该题应有四组答案,书中仅列出一种,是不完全的。直到19 世纪,清代数学家才把这种类型的问题和求一术(一次同余组问题)联系起来,获得了比较完善的解法。晚于《九章算术》时代的公元3 世纪古希腊数学家丢番图,对不定方程问题进行了深入的研究,取得了非常出色的成果。15 世纪中亚数学家阿尔·卡西的“百禽问题”,与“张丘建算经”的“百鸡问题”非常类似,很有可能受到中国数学的影响。

  第五节解线性方程组和解二次、三次方程《九章算术》方程章方程术,是关于线性方程组解法的重要成就。这种方法是用直除法消元,直到每行只剩下一个未知数,即可求得方程的解。但是这种方法比较繁琐,刘徽认为“举率以相减,不害余数之课”①,于是创立新术,采取相应各行系数互乘后再消元的方法。刘徽的互乘相消法已和现在所用的线性方程组解法基本上一致。

  在中国古代,把开各次方和解二次以上的方程,统称为“开方”。《九章算术》中已经给出了完整的开平方法和开立方法,而正系数二次和三次方程的解法,就是在开平方和开立方法的基础上自然引伸出来的。魏晋南北朝时期,解二次和三次方程又有了新的进展。如赵爽在《勾股圆方图注》中推导出(其中> , > )的求根公式= - 。- x + ax = A a 0 A 0 x a - a 4A 2 2 12( )《隋书·律历志》在叙述祖冲之圆周率后,又说“又设开差幂,开差立,兼以正负参之,指要精密,算氏之最者也”②,据考证,这可能是指开带从平方和开带从立方法,即解一般二次方程和三次方程,也就是容许方程中有负数项。在当时,解决这类问题是比较困难的,所以说“指要精密,算氏之最者也”。

  ① 《九章算术》方程章,见钱宝琮校点本《算经十书》(上册),中华书局,1963 年版。② 据钱宝琮主编《中国数学史》第89—90 页,科学出版社1964 年版。

  第六节实用算术和其他成就在三国两晋南北朝时期的数学著作中,还讲述了一些切合当时民生日用并且解题方法浅近易晓的实用算术知识。如《孙子算经》系统记载了算筹记数制度,筹算乘除法则和度量衡的单位名称及进制。甄鸾字叔遵,无极(今河北无极)人,曾任北周司隶大夫,汉中郡守。信佛教,尝撰《笑道论》。通天文历法,撰《天和历》,于天和元年(566)颁行。所撰数学著作《五曹算经》,分田曹、兵曹、集曹、仓曹、金曹五卷,是为地方行政官员编写的应用算术书;《五经算术》则是对儒家经籍及其古注中有关数字计算的解释;《数学记遗》题汉徐岳撰,可能是甄鸾伪托之作,其中记载了十进、万进和数穷则变的大数进位法。《数术记遗》还列举了积算、太乙、两仪、三才、五行、八卦、九宫、运筹、了知、成数、把头、龟算、珠算、计数,共14种记数方法和相应的记数工具,多不实用,但也反映了人们改革计算工具的尝试,其中的珠算虽和后世的珠算不同,但也可能对珠算术的产生起过某种启发作用。

  这一时期除上述成就外,诸如刘徽的求弓形面积方法,阳马术的证明,开方不尽求微数的十进小数思想,以及张丘建的等差级数求和、求公差及项数公式,最小公倍数的概念和应用等等,都是很有创见的贡献。

  第七节刘徽的极限思想刘徽为证明《九章算术》中的各种公式,提出了“析理以辞,解体用图”的要求,并创立了对许多问题行之有效的图验法和棋验法。但是有些问题并非仅仅用棋用图就可以解决的,而是需要具备相当清楚的极限思想。

  在先秦诸子的著作中就已有了极限思想的萌芽,如名家就提出过“一尺之棰,日取其半,万世不竭”。但先秦诸子的这类思想大多带有思辨性质,而刘徽则把极限思想和极限概念运用于解决实际的数学问题,这是极为重要的。刘徽创立割圆术,用圆内接正多边形面积逼近圆面积,用圆内接正多边形周长逼近圆周长,解决了推求圆周率精确值问题,是他应用极限思想的成功事例。他对阳马术(四棱锥体积公式)的证明也是很精彩的。这个问题虽然相当困难,但刘徽运用极限方法完满地证明了阳马(四棱锥)与鳖臑(三棱锥,亦即四面体)的体积之比为2∶1,从而由堑堵(楔形)体积公式推导出阳马体积的正确公式。他处理弧田术(弓形面积公式)的作法,开方不尽时求微数的思想,以及对两立体截面积与体积关系的认识,无不与极限和无穷小分割的思想紧密地联系在一起。这些思想具有深刻的数学内涵,并且是解析几何、微积分等现代数学方法的基础。刘徽在那样早的时代就产生了这些思想并用于解决实际问题,确实是非常不简单的和难能可贵的。

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