登陆注册
6061300000007

第7章 秦九韶

秦九韶(公元1202~1261),字道古,安岳人。秦九韶与李冶、杨辉、朱世杰并称宋元数学四大家。

秦九韶祖籍鲁郡(今河南范县),自幼生活在家乡,18岁时曾“在乡里为义兵首”,后随父亲移居京部。他是一位非常聪明的人,处处留心,好学不倦。其父任职工部郎中和秘书少监期间,正是他努力学习和积累知识的时候。

工部郎中掌管营建,而秘书省则掌管图书,其下属机构设有太史局,因此,他有机会阅读大量典籍,并拜访天文历法和建筑等方面的专家,请教天文历法和土木工程问题,甚至可以深入工地,了解施工情况。

他又曾向“隐君子”学习数学。他还向著名词人李刘学习骈俪诗词,达到较高水平。通过这一阶段的学习,秦九韶成为一位学识渊博、多才多艺的青年学者,时人说他“性极机巧,星象、音律、算术,以至营造等事,无不精究”,“游戏、毬、马、弓、剑,莫不能知。”

1225年,秦九韶随父亲至潼川,担任过一段时间的县尉。数年后,李刘曾邀请他到南宋国史院校勘书籍文献,但未成行。端平三年(1236)元兵攻入四川,嘉陵江流域战乱频仍,秦九韶不得不经常参与军事活动。他后来在《数书九章》序中写道:“际时狄患,历岁遥塞,不自意全于矢石间,尝险罹忧,荏苒十祀,心槁气落”,真实地反映了这段动荡的生活。由于元兵进逼和溃卒骚乱,潼川已难以安居,于是他再度出川东下,先后担任过蕲州(今湖北蕲春)通判及和州(今安徽和县)守,最后定居湖州(今浙江吴兴)。

秦九韶在任和州守期间,利用职权贩盐,强行卖给百姓,从中牟利。定居湖州后,所建住宅“极其宏敞”,“后为列屋,以处秀姬、管弦”。据载,他在湖州生活奢华,“用度无算”。

淳祐四年(1244)八月,秦九韶以通直郎为建康府(今江苏南京)通判,十一月因母丧离任,回湖州守孝。在此期间,他专心致志研究数学,于淳祐七年(1247)九月完成数学名著《数书九章》。由于在天文历法方面的丰富知识和成就,他曾受到皇帝召见,阐述自己的见解,并呈有奏稿和“数学大略”(即《数书九章》)。

宝祐二年(1254),秦九韶回到建康,改任沿江制置使参议,不久去职。此后,他极力攀附和贿赂当朝权贵贾似道,得于宝祐六年(1258)任琼州守,但三个月后被免职。同时代的刘克庄说秦九韶“到郡(琼州)仅百日许,郡人莫不厌其贪暴,作卒哭歌以快其去”,周密亦说他“至郡数月,罢归,所携甚富”。看来,由于他在琼州的贪暴,百姓极为不满。

秦九韶从琼州回到湖州后,投靠吴潜,得到吴潜赏识,两人关系甚密。吴潜曾相继在开庆元年(1259)拟任以司农寺丞,景定元年(1260)拟任以知临江军(今江西清江),都因遭到激烈反对而作罢。在这段时间里,秦九韶热衷于谋求官职,追逐功名利禄,在科学上没有显著成绩。在南宋统治集团内部的激烈斗争中,吴潜被罢官贬谪,秦九韶也受到牵连。约在景定二年(1261),他被贬至梅州做地方官,“在梅治政不辍”,不久便死于任所。

秦九韶潜心研究数学多年,在湖州守孝三年,所写成的世界数学名著《数学九章》,《癸辛杂识续集》称作《数学大略》,《永乐大典》称作《数学九章》。全书九章十八卷,九章九类:“大衍类”、“天时类”、“田域类”、“测望类”、“赋役类”、“钱谷类”、“营建类”、“军旅类”、“市物类”,每类9题(9问)共计81题(81问),该书内容丰富至极,上至天文、星象、历律、测候,下至河道、水利、建筑、运输,各种几何图形和体积,钱谷、赋役、市场、牙厘的计算和互易。许多计算方法和经验常数直到现在仍有很高的参考价值和实践意义,被誉为“算中宝典”。该书著述方式,大多由“问曰”、“答曰”、“术曰”、“草曰”四部分组成:“问曰”,是从实际生活中提出问题;“答曰”,给出答案;“术曰”,阐述解题原理与步骤;“草曰”,给出详细的解题过程。此书已为国内外科学史界公认的一部世界数学名著。此书不仅代表着当时中国数学的先进水平,也标志着中世纪世界数学的最高水平。

我国数学史家梁宗巨评价道:“秦九韶的《数书九章》(1247年)是一部划时代的巨著,内容丰富,精湛绝伦。特别是大衍求一术(不定方程的中国独特解法)及高次代数方程的数值解法,在世界数学史上占有崇高的地位。那时欧洲漫长的黑夜犹未结束,中国人的创造却像旭日一般在东方发出万丈光芒。”

秦九韶的“大衍求一术”,领先高斯554年,被康托尔称为“最幸运的天才”。

秦九韶所发明的“大衍求一术”,即现代数论中一次同余式组解法,是中世纪世界数学的最高成就,比西方1801年著名数学家高斯(1777~1855年)建立的同余理论早554年,被西方称为“中国剩余定理”。秦九韶不仅为中国赢得无尚荣誉,也为世界数学作出了杰出贡献。

秦九韶在《数书九章》中除“大衍求一术”外,还创拟了正负开方术,即任意高次方程的数值解法,也是中世纪世界数学的最高成就,秦九韶所发明的此项成果比1819年英国人霍纳(1786~1837年)的同样解法早572年。秦九韶的正负方术,列算式时,提出“商常为正,实常为负,从常为正,益常为负”的原则,纯用代数加法,给出统一的运算规律,并且扩充到任何高次方程中去。

此外,秦九韶还改进了一次方程组的解法,用互乘对减法消元,与现今的加减消元法完全一致;同时秦九韶又给出了筹算的草式,可使它扩充到一般线性方程中的解法。在欧洲最早是1559年布丢(约1490~1570年,法国)给出的,他开始用不很完整的加减消元法解一次方程组,比秦九韶晚了312年,且理论上的不完整也逊于秦九韶。

秦九韶还创用了“三斜求积术”等,给出了已知三角形三边求三角形面积公式,与海伦(公元50年前后)公式完全一致。秦九韶还给出一些经验常数,如筑土问题中的“坚三穿四壤五,粟率五十,墙法半之”等,即使对现在仍有现实意义。秦九韶还在十八卷77问“推计互易”中给出了配分比例和连锁比例的混合命题的巧妙组合。

秦九韶的哲学思想和数学思想,显然与宋代儒学中的道学学派一致。他明确指出“数与道非二本也”,再加上数学实践的切身体会,使他对于数学的重要性产生了较为清楚的认识。他说,数学研究“大则可以通神明,顺性命;小则可以经世务,类万物,讵容以浅近窥哉!”但他又承认自己对于“通神明,顺性命”没有太深的体会,于是注意搜求天文历法、生产、生活、商业贸易以及军事活动中的数学问题,“设为问答,以拟于用”,尽力满足社会实践的需要,并告诫人们要学好数学,精于计算,以避免由于计算错误而引起的“财蠹力伤”等等不良后果。为此,他付出了辛勤劳动,撰写出20余万言的数学巨著。他的这种思想和作法是难能可贵的,应该给予充分的肯定。

秦九韶是一位既重视理论又重视实践,既善于继承又勇于创新的数学家。他所提出的大衍求一术和正负开方术及其名著《数书九章》,是中国数学史上光彩夺目的一页,对后世数学发展产生了广泛的影响。美国著名科学史家G.萨顿(1884~1956)说过,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”。

秦九韶的中国剩余定理源自民间传说的一则故事——“韩信点兵”。秦朝末年,楚汉相争。一次,韩信将1500名将士与楚王大将李锋交战。

楚军不敌,败退回营,汉军也死伤四五百人,于是韩信整顿兵马也返回大本营。当行至一山坡,忽有后军来报,说有楚军骑兵追来。只见远方尘土飞扬,杀声震天。汉军本来已十分疲惫,这时队伍大哗。韩信兵马到坡顶,见来敌不足五百骑,便急速点兵迎敌。他命令士兵3人一排,结果多出2名;接着命令士兵5人一排,结果多出3名;他又命令士兵7人一排,结果又多出2名。韩信马上向将士们宣布:我军有1073名勇士,敌人不足五百,我们居高临下,以众击寡,一定能打败敌人。汉军本来就信服自己的统帅,这一来更相信韩信是“神仙下凡”、“神机妙算”。于是士气大振。一时间旌旗摇动,鼓声喧天,汉军步步进逼,楚军乱作一团。交战不久,楚军大败而逃。

首先我们先求3、5、7、的最小公倍数105(注:因为3、5、7为两两互质的整数,故其最小公倍数为这些数的积),乘以10,然后再加23,得1073(人)。

在一千多年前的《孙子算经》中,有这样一道算术题:“今有物不知其数,三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二,问物几何?”按照今天的话来说:一个数除以3余2,除以5余3,除以7余2,求这个数。

这样的问题,也有人称为“韩信点兵”。它形成了一类问题,也就是初等数论中解同余式。这类问题的有解条件和解的方法被称为“中国剩余定理”,这是由秦九韶首先提出的。

①有一个数,除以3余2,除以4余1,问这个数除以12余几?

解:除以3余2的数有:2,5,8,11,14,17,20,23……

它们除以12的余数是:2,5,8,11,2,5,8,11……

除以4余1的数有:1,5,9,13,17,21,25,29……

它们除以12的余数是:1,5,9,1,5,9……

一个数除以12的余数是唯一的。上面两行余数中,只有5是共同的,因此这个数除以12的余数是5.

如果我们把①的问题改变一下,不求被12除的余数,而是求这个数。很明显,满足条件的数是很多的,它是5 12的整数,整数可以取0,1,2……无穷无尽。事实上,我们首先找出5后,注意到12是3与4的最小公倍数,再加上12的整数倍,就都是满足条件的数。这样就是把“除以3余2,除以4余1”两个条件合并成“除以12余5”一个条件。《孙子算经》提出的问题有三个条件,我们可以先把两个条件合并成一个。然后再与第三个条件合并,就可找到答案。

②一个数除以3余2,除以5余3,除以7余2,求符合条件的最小数。

解:先列出除以3余2的数:2,5,8,11,14,17,20,23,26……

再列出除以5余3的数:3,8,13,18,23,28……

这两列数中,首先出现的公共数是8.3与5的最小公倍数是15.两个条件合并成一个就是8 15整数,列出这一串数是8,23,38……再列出除以7余2的数2,9,16,23,30……

就得出符合题目条件的最小数是23.

事实上,我们已把题目中三个条件合并成一个:被105除余23.那么韩信点的兵在1000至1500之间,应该是1050 23=1073人。

秦九韶在数学上的主要成就是系统地总结和发展了高次方程数值解法和一次同余组解法,提出了相当完备的“正负开方术”和“大衍求一术”,达到了当时世界数学的最高水平。

同类推荐
  • 中共首任总书记陈独秀

    中共首任总书记陈独秀

    本书记录了陈独秀传奇人生,内容包括:青年时代、上下求索、辛亥风云、创办《青年杂志》、北大文科学长、五四运动前后、创党、广东教育委员长、加入国民党等。
  • 大唐空华记

    大唐空华记

    本书主要介绍大唐西域记撰人辩机的传奇人生,讲述了一段曾经真实发生在中国唐代的最神秘的故事。
  • 网络帝国的王者:青年恺撒马克·扎克伯格传奇

    网络帝国的王者:青年恺撒马克·扎克伯格传奇

    互联网行业、通讯行业、媒体行业的从业者和创业者的必读书!Facebook是全球最大的信息发布平台,也是互联网上最大的分享网站。这个网站的创始人却是一位从大学辍学的80后。一个沉默寡言、言行举止都令人琢磨不透的“社交障碍者”。《青年恺撒马克·扎克伯格传奇:网络帝国的王者》是一本全方位解密Facebook商业秘密及马克·扎克伯格成功幕后的书,看他怎样实现从0到百亿元的疯狂。
  • 半生流离半生爱

    半生流离半生爱

    雒尘编著的《半生流离半生爱》用最深情、最动人的讲述,为您婉约呈现一代词宗李清照的诗词与爱情之美。与您于历史遗章里,轻诉那一幕幕的远景旧事。浅尝那一些字节间埋藏的,被珍惜或辜负的心事情意。讲述易安在那些错落动乱的华年岁月里,拥有与失去的全部经过。越过所有冰凉的时光,那个住在久远时光尽头的女子,她安静地端坐于古雅的木窗下,为遥远时空的探访者留落下一路婉约含蓄的封藏,一路内蕴深远的欢喜与悲凉。
  • 大清王朝第一帝:皇太极

    大清王朝第一帝:皇太极

    本书主要内容有:努尔哈赤一统女真、随父征战沙场、佐父业初露锋芒、金戈铁马踏九洲、称汗位谋略天下、征伐四方建国大清等。
热门推荐
  • 恶魔的专属,丫头快跑

    恶魔的专属,丫头快跑

    【欢迎入坑哦!】当一个离家多年的千金小姐,在某然间遇到了从前一起长大的竹马,他们相遇之后又会擦出怎样绚丽的火花?某腹黑”丫头,过来”。某丫头“不,不去。”“那就由不得你选择了”某腹黑转身抱住她,直接扔上床,某丫头“干嘛?”某腹黑“你猜”............当然是把她扑倒,扑倒,在扑倒宠文,轻松,无虐,感情线直线上升,没有太多坎坷【男女主身心干净,大家放心阅读】新人新书,有些不好之处欢迎指点。
  • 重生美男多娇

    重生美男多娇

    江山如此多娇,引无数英雄竞折腰,美男如此多娇,我弃江山与你死生契阔可好?美男选秀正在火热报名中!什么?你是北盟国小皇子?你是阴月谷的神医?你是院长的儿子?你、你竟然是天下第一杀手……美男排排坐,等我来采撷哦!
  • 齐国那些事儿

    齐国那些事儿

    西周是个唯美的时代,春秋是个美好的时代,战国是个有点乱的时代;西周是圣人的时代,春秋是君子的时代,战国是小人的时代。那时,有恨,有爱。不妨窥一斑见全豹,小小的齐国里面,读出悠长的故事。
  • 花心少爷迷上我

    花心少爷迷上我

    一个高三的花心美少男顾睿泽喜欢上了班里新转来的冰凌。在这个时候,顾念在班上的铁哥们沐雨宸也同是喜欢上了欧阳冰凌,两人从此从铁哥们变成了情敌。。。。。。
  • 二战秘史之从大不列颠到巴尔干

    二战秘史之从大不列颠到巴尔干

    本书讲述了二战时期德军占领法国后,开始入侵英国的准备,由此与英国展开了物资与战备的竞赛。为加重成功的法码,两国不惜动用政治外交手段,拉拢和威逼巴尔干地区的小国,使越来越多的国家卷入了这场战争。这是作者关于田间大地写作的一部分,对自然的敬畏,对大地的感恩,对文化的钟情。作者陈咸宁用简朴质感的文字,融意象与述说,汇注释与阐述,赋予文字性灵,以久违的文人情怀,涉笔成趣,再现乡土本真,返回翰墨书香,集记忆想象细节元素,构筑建立一方属于自己的纸上乡土文学世界。
  • 管理手记

    管理手记

    本书是作者以人力资源经理的角色亲身经历的案例为例子,把HR理论和自身多年的HR管理实践密切结合在一起,详细描述HR管理领域工作应该如何开展、问题应该如何解决的思路和方法。
  • exo能爱能恨

    exo能爱能恨

    主要写了女主重生,让上世欺负她的与被欺骗她的等等等伤害乘以10被奉还,她能为她复仇么?
  • 客栈五剑侠

    客栈五剑侠

    “生在快活世,一死往生天”可是这真是快活世吗?陆少枫不禁一次一次的在问自己。还好我有启明和清云,韩大个,小王爷等等一些人。但是他们如果一个个的从我身边走过,我是否会悲伤孤独呢?“大漠沙如雪,燕山月似钩。何当金络脑,快走踏清秋”人生没有假设,再来一次,与其重新选择,不如风声依旧。因为我怕,我的选择,不在遇到你们。
  • 梦源三国

    梦源三国

    东汉末年,狼烟四起,战鼓嗡鸣,群马铁蹄踏大地,灰尘扬天高,刀光剑影论英雄,主角在不经意之间来到蜀魏之战,他该怎样在这样一个尔虞我诈,风起云涌的世界里翻滚,来改写一段已经定局的历史。
  • 外官新任辑要

    外官新任辑要

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。