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观。”这些特点,使它成为一本受人们欢迎的数学教材,对天元术的传播
发挥了不小的作用。
在数学理论上,《益古演段》也有创新。该书的问题同《测圆海镜》
不同,所求量不是一个而是两个、三个甚至四个。按古代方程理论:“二
物者再程,三物者三程,皆如物数程之。”应该用方程组来解,所含方程
个数与所求量个数一致。但解二次方程组要比解一元方程困难得多。李冶
既已完善了天元术程序,便力图提高它的一般化程度,用以解决各种多元
问题。他的主要方法是利用出入相补原理(即“一个平面图形从一处移置他
处,面积不变。又若把图形分割成若干块,那么各部分面积的和等于原来
图形的面积,因而图形移置前后诸面积间的和、差有简单的相等关系。”
吴文俊语)及等量关系来减少未知数,化多元为一元,找到关键的天元一。
一旦这个天元一求出来,其他要求的量就可根据与天元一的关系,很容易
求出了。
例如第三十五问:“今有圆田一段,中心有直池水占之,外计地五千
七百六十步。只云从外田东南楞至内池西北角,通斜一百一十三步,其内
池阔不及长三十四步。问三事(指池长、池阔及圆径)各多少?”(图2)此
题欲求三数,若以方程组解之,须列出三个方程,一个可能的列法是:
设圆径为x,直池长为y,阔为z,则
ì 32 32
。 4x …yz = 5760;( 圆面积=
4'直径'
。 x
y2 + x2
= 113;
。 22
。z + 34 = y
但李冶却设法避免了联立方程。
依本题法,设角斜为x,则圆径=x+113,
四圆积=3(x+113)2=3x2+678x+38307,
所以四池积=四圆积…4×5760
=3x2+678x+15267。(1)
因为池斜=113…x,
所以二池积=(113…x)2…342
=x2…226x+11613,
所以四池积=2x2…452x+23226。(3)
由(1),(3)消得
x2+1130x…7959=0。
题中(2)式所用二积一较幂公式2ab+(a…b)2=a2+b2
图3
便体现了出入相补原理。这从李冶的条段图中可以看得很清楚,如图
3,四勾股形全等,每个勾股形勾b 股a 弦c。求出角斜后,易求圆径。从
圆积减去外计地,得池积,由长方形面积公式便可求出池长、池阔了。这
种方法显然比解三元方程组简便。
另外,李冶还在列方程时首创设辅助未知数的方法。第四十问中得到
方程
…22。5x2…648x+23002=0
后,李冶为了使最高项系数的绝对值变为1,便作如下变形(译文):
设y=22。5x,则上式变为
…y2…648y+517545=0。
开方,得
y=465,
所以
x = 20
23
。
李冶称这种设辅助未知数的方法为连枝同体术。顾名思义,他是把辅
助未知数看作与原方程连为一体的一个分枝。这种方法在代数学史上是有
意义的,因为它提供了方程变形的一个有力工具。
此题的另一种解法是首先“立天元一为三个内池径”,这相当于设
y=3x。李冶称此法为之分术,实际也是一种设辅助未知数的方法,也能起
到简化方程的作用。依法演算,得
…2。5y2…216y+23002=0。
两种方法的区别在于:之分术把设辅助未知数的步骤放于题首,而连
枝同体术把这一步骤用于方程变形。
《益古演段》的成书,为天元术的应用开辟了更为广阔的道路。砚坚
称赞此书说:“颇晓十百,披而览之,如登坦途,前无滞碍。旁溪曲径,
自可纵横而通。。真学者之指南也。”《测圆海镜》是天元术的代表作,
而《益古演段》是普及天元术的杰作。两书相辅相成,互为表里,反映了
作者既努力提高数学的一般化程度,又注意发挥其社会效益的精神。
李冶死后不久,天元术理论便经过二元术、三元术,迅速发展为朱世
杰的四元术。如果说在李冶手中,天元术已成为参天大树,那么在李冶之
后,这棵大树便在第二代数学家的培育下,结出了四元术的累累硕果。
纵观李冶一生,不管是在为人上还是在学术上,都不愧为一代楷模。
他在任钧州知事期间,为官清廉、正直,亲自掌管出纳,一丝不苟。据载,
钧州城的出纳“无规撮之误”。在当时动乱的环境中,像李冶这样的清官
确实是难能可贵的。李冶在《敬斋古今■》中说:“好人难做须著力”,
又说:“著力处政是圣贤阶级”,这正是他为人做官的写照。他同情人民,
面对蒙古军队的屠杀和抢掠,不仅在诗文中表现了极大的愤慨,而且在见
忽必烈时,力劝蒙古统治者“止征伐”。他一生热爱科学,追求自由,决
不负辱求名。在学术上不迷信名家,敢于突破传统观念的束缚。他虽是通
儒出身,但当他认识到数学的重要性时,便专攻数学,这种行动本身就是
对传统儒学的批判,因为在儒家看来,数学“可以兼明,不可以专业”。
当时盛行的新儒学——程朱理学,甚至把研究科技看作“玩物丧志”,把
数学说成“九九贱技”。李冶毫不客气地批评了这些错误观点,指出在朱
熹的著述中“窒碍之处亦不可以毛举也”。
值得注意的是,李冶的思想深受道家影响。道家崇尚自然,这无疑是
有利于把人们的眼光引向自然科学的。老庄的自然观甚至成为李冶抵制唯
心主义理学的思想武器。他说:“由技兼于事者言之,夷之礼,夔之乐,
亦不免为一技;由技进乎道者言之,石之斤,扁之轮,非圣人之所与乎?”
(夷,黄帝臣名;夔,舜臣名。石,扁,均为古工匠名)这就是说,从技艺
用于实际来说,圣人所作的礼和乐也可看作一种技艺;从技艺中包含自然
规律(即“道”)来说,工匠使用的工具也是圣人所赞赏的。如果我们把李
冶的话同庄子所说的“道者,万物之所由也。。。道之所在,圣人尊之”
联系起来,李冶受庄子思想的影响是一目了然的。很明显,他认为数学这
种技艺也是“道之所在”,也应受到尊重。
李冶还认为,数虽奥妙无穷,却是可以认识的,他说:“谓数为难穷,
斯可;谓数为不可穷,斯不可。何则?彼其冥冥之中,固有昭昭者存。夫
昭昭者,其自然之数也。非自然之数,其自然之理也。”李冶的这一思想,
也可以从老庄学说找到渊源。庄子说:“夫昭昭生于冥冥,有伦生于无形。”
老子说:“人法地,地法天,天法道,道法自然”,“道之尊,德之贵,
夫莫之命而常自然。”正是由于对自然的深刻理解,李冶进一步指出:“数
一出于自然,吾欲以力强穷之,使隶首复生,亦末如之何也已。苟能推自
然之理,以明自然之数,则虽远而乾端坤倪,幽而神情鬼状,未有不合者
矣。”
李冶不仅有比较先进的哲学思想,而且能在极为艰苦的条件下进行顽
强的科学研究。他在桐川著书时,居室十分狭小,甚至常常不得温饱,要
为衣食而奔波。但他却以著书为乐,从不间断自己的工作。他的学生焦养
直说他“虽饥寒不能自存,亦不恤也”,在“流离顿挫”中“亦未尝一日
废其业”,“手不停披,口不绝诵,如是者几五十年”。另外,他还善于
去粗取精,批判地接受前人知识,正如他自己所说:“学有三,积之之多
不若取之之精,取之之精不若得之之深。”这些优良品质,都是李冶在学
术上取得杰出成就的重要原因。
李冶时代,数学不受重视。但李冶却执着地追求真理,他在《测圆海
镜序》中说:“览吾之编,察吾苦心,其悯我者当百数,其笑我者当千数。
乃若吾之所得则自得焉耳,宁复为人悯笑计哉?”李冶不仅学术精深,而
且致力于传徒授业,对学生循循善诱。后人盛赞李冶“导掖其秀民,仁之
至也。其徒卒昌于时,孰不曰文正公所作成也”(文正为李冶谥号)。李冶
以自己的毕生心血,在中国科学史上写下了光荣的一页,被人们深深怀念
着。
文献
原始文献
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'2'(元)李冶:益古演段,《丛书集成》本,商务印书馆,1936。
'3'(元)李冶:敬斋古今■,《丛书集成》本,商务印书馆,1935。
'4'(元)李冶等:敬斋古今■附录,《藕香零拾丛书》本,1895。
'5'(周)老聃:老子·第二十五章、五十一章,见中国社会科学院哲学
研究所中国哲学史研究室编《中国哲学史资料选辑·先秦之部》,中华书
局,1964。
'6'(周)庄周:庄子·秋水、渔父,见陈鼓应《庄子今注今译》,中华
书局,1988。
'7'(魏)刘徽注:九章算术·卷八、卷九,见钱宝琮校点《算经十书》,
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'8'(元)朱世杰:算学启蒙·卷下,据(朝)金始振藏本重刊,1839。
'9'(金)元好问:元遗山先生全集·卷首、卷十七,读书山房刻本,1881。
'10'(明)宋濂:元史,中华书局,1976。
'11'(元)脱脱等:金史,中华书局,1975。
'12'(元)苏天爵:元朝名臣事略·卷十、卷十三,中华书局影印元刊
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研究文献
'13'(清)胡岳:元氏县志·卷十一,1875。
'14'(清)陈■:栾城县志·卷二、卷六、卷十一,1873。
'15'(明)唐雷礼:真定府志·卷二十七,明刻本。
'16'孔国平:李冶传,河北教育出版社,1988。
秦九韶
何绍庚
秦九韶字道古。普州安岳(今四川安岳)人。南宋嘉泰二年(1202
年)生;约景定二年(1261 年)卒于梅州(今广东梅县)。数学。
秦九韶祖籍鲁郡(今河南范县),其父秦季■,字宏父,绍熙四年(1193)
进士,后任巴州(今四川巴中)守。嘉定十二年(1219)三月,兴元(今陕西汉
中)军士张福、莫简等发动兵变,入川后攻取利州(今广元)、阆州(今阆中)、
果州(今南充)、遂宁(今遂�