秦九韶,字道古。宋宁宗嘉定元年(1208)三月,出生于普州(今四川省资阳市安岳县)天庆观街“秦苑斋”的一个书香门第、仕宦之家。
秦九韶之祖父秦臻舜,宋高宗绍兴三十年(1160)进士及第,官至通议大夫(正四品)。父亲秦季槱,宋光宗绍熙四年(1193)进士及第,累仕显谟阁直学士(从三品)。秦臻舜父子,同治春秋,政声亦佳。秦九韶之祖母和母亲,均出于书香门第。秦九韶出生于如此书香之家,受到长辈之熏陶,接受良好家庭教育。加之,秦九韶生活在父亲结交的忠臣良相、儒雅之士挚友圈中,师长之关爱教诲,为秦九韶之健康成长培植了优良环境。
嘉定九年(1216)秋,秦九韶随祖母、母亲离开普州,与知巴州军州事之父亲团聚。嘉定十二年(1219),兴元军士权兴等兵变犯巴州,守臣秦季槱失巴州。第二年,秦季槱出任工部郎中。秦九韶随父至临安,开始了“早岁侍亲中都,因得访习于太史”之励志年华。
宋理宗宝庆元年(1225)六月,秦季槱知潼川府军州事,秦九韶随之。秦九韶后擢升郪县县尉,24岁蟾宫折桂。宋理宗端平元年(1234)冬,秦九韶赴临安任国史院校正。
端平三年(1236)正月,秦九韶任蕲州通判。第二年,擢升和州军州事。后相继任职淮南西路、两浙路
和广南东路、广南西路。宋理宗景定二年(1261)七月,秦九韶知梅州军州事,宋度宗咸淳四年(1268)三月卒于梅州。终年59岁。数书九章 中华之光
——宋代数学家秦九韶小记
文/李青春(四川省安岳县地方志办公室主任)
秦九韶身处宋金、宋蒙战争乱世,仕途坎坷。他酷爱数学,虽置身政治,但对数学研究从未放弃。在政务之余,广泛收集历学、数学、星象、音律、营造等资料,进行分类研究。
宋理宗淳祐四至七年(1244—1247),秦九韶利用为母守孝的宝贵时光,把长期积累之数学知识及研究所得予以整理编辑,写出中外闻名巨著《数书九章》。早在汉、魏之间,《孙子算经》就提出了一个有名的数论科学算题,即某数除以8余7、除以5余3、除以7余2,求某数。当时虽已求出答案为23,但未从理论上阐释。秦九韶解此难题,创造了“大衍求一术”(一次同余式组解法),不仅在当时处于领先地位,在近代数学和现代电子计算中,亦起到重要作用,被称为“中国剩余定理”。秦九韶所论“正负开方术”(高次方程数值解法),被称为“秦九韶程序”。当今世界各国从小学、中学到大学课程,几乎都用到秦九韶定理、定律及解题原则。秦九韶在数学方面取得之成果比西方数学家取得同样成果早500多年,代表了中世纪世界数学发展之主流及最高水平,奠定了秦九韶在中国数学史上的崇高地位。此乃秦九韶一生最为伟大之成就和对世界数学发展之卓越贡献。
《数书九章》是一部堪与《九章算术》相媲美的世界数学名著。如果说《九章算术》标志着中国古代数学理论的形成,那么《数书九章》则标志着中国古代数学之顶峰、世界数学发展的主流与最高水平。
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秦九韶所著《数书九章》,在比其年长27岁的收藏家、目录学家陈振孙所著《直斋书录解题》中记作《数术大略》9卷,陈振孙云此书本名《数术》;比其小24岁的周密所著《癸辛杂识续集》中记作《数学大略》。清乾隆中期开《四库全书》馆,从《永乐大典》中辑录此书抄入《四库全书》,亦称《数学九章》。后来有两个抄本。明神宗万历四十五年(1617),赵琦美为王应遴抄《数书九章》,此为赵琦美抄本。后来转入张敦仁、沈钦裴之手,沈钦裴予以校订,“以老病未卒业”,其弟子宋景昌受郁松年之托,“以赵本为主,参以各本,重加校订,成为《宜稼堂丛书》底本,流传较广”,《数书九章》遂成为现今通称。
《数书九章》18卷,9类,每类9题,共81题。《数书九章》自序:“窃尝设为问答,以拟于用,积多而惜其弃,因取八十一题,厘为九类,立术具草,间以图发之,恐惑可备博学多识君子之余观。”九类:大衍第一,天时第二,田域第三,测望第四,赋役第五,钱谷第六,营建第七,军旅第八,市易第九。题面不只谈数学,还涉及自然现象、社会生活,为我国历代数学专著所仅见。
秦九韶集秦汉以来中国开方术之大成,提出一套完整的利用增乘方法(随乘随加)逐步求出任意高次方程正根的方法,亦称正负开方术,现称“秦九韶法”。在《数书九章》中,秦九韶列举了20多个解方程问题,最高达十次方。有人说,计算机发明以后,解方程变得有趣了。确实如此,秦九韶高次方程数值解法,可以毫无困难地转化为计算机程序。目前一些数学教科书已将这一解法明确为“秦九韶程序”。
在西方,关于高次方程数值解法的探讨,
经历了漫长的历史过程,直到1819年7月1日,美国数学家霍纳在英国皇家学会发表论文《用
上 徐品方、张红等著《〈数书九章〉研究:秦九韶治国思想》
下 徐品方、孔国平著《中世纪数学泰斗——秦九韶》
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连续逼近法解任何次数字方程的新方法》,才提出与增乘开方法演算步骤相同的算法,后被称为“霍纳法”。秦九韶的成就比霍纳早572年。
秦九韶对一次同余式组解法(大衍求一术)的理论概括,是其在数学史上另一项杰出贡献。其大衍求一术与高次方程数值解法一样,简洁、明确,带有极强的机械性,其程序亦可毫无困难地转化为算法语言,用计算机来实现。西方称其“中国剩余定理”。
在《数书九章》中,秦九韶通过大量例题,如“古历会积”“治历演纪”“积尺寻源”“推计土功”“程行计地”等,展示了“大衍求一术”在解决历法、工程、赋役和军旅等实际问题方面的广泛应用。秦九韶在求解一次同余式组问题的各项成就,无论是系统理论,还是周密考虑,在今天看来亦很不简单,充分显示了秦九韶高超的数学水平和计算技巧。
在西方,最早接触一次同余式组的是意大利数学家斐波那契,他在《算盘书》中给出两个一次同余式
组问题,但没有一般解法。1743年,瑞士数学家L·欧拉才对一般一次同余式组进行深入研究,重新获得与秦九韶“大衍求一术”(西方称“中国剩余定理”)相同的定理,比秦九韶晚496年。《数书九章》除“正负开方术”和“大衍求一术”两样重要成就,还有不少其他成就。如在代数方面,继承了“九章算术”的“方程术”,改进线性方程组解法,普遍应用互乘相消法代替传统直除法。在几何方面,对“九章算术”与“海岛算经”中的测望之术发扬光大,对勾股、重差之术多有阐发。秦九韶在几何方面的另一项杰出成果是“三斜求积术”,即由三角形不等三边之长(大斜、中斜、小斜)计算三角形面积的公式。即秦九韶海伦公式:S=√[p(p-a)(p-b)(p-c)] 。
秦九韶《数书九章》11个军旅问题所用数学知识,除一般加减乘除四则混合运算外,还用勾股、重差、开方等比较高深的方法。对于军旅问题,像《数书九章》这样重视,涉及问题这样多,且使用最新数学方法,在中国传统数学中是罕见的。这是秦九韶亲自参加抗金、抗蒙战争,将数学知识用于战争实践,并在战争中进行数学研究的结晶。秦九韶在国难当头、政治腐败之际,试图通过“嗜进谋身”,以自己的知识服务于社会。
秦九韶的哲学思想和数学思想,与宋代儒学中的道学学派一致。秦九韶把数学与道统一起来,明确指出“与道非二本也”,加之数学实践体会,使其对数学的重要性产生了较为清醒的认识,他高度评价数学的作用,反对轻贱数学的世俗看法。秦九韶将数学应用概括为二:“所谓通神明,顺性命,固肤末于见”“经世务,类万物”。实际上,秦九韶继承了中国传统数学思想关于数学作用的论述。秦九韶对于“神
明”“性命”所谓“大者”体会自认较为肤浅,将才智倾注于“经世务,类万物”的“小者”上,十分注重搜求天文历法、生产、生活、商贸、军事中的数学问题,“设为问答,以拟于用”,尽力满足社会实践需求,告诫人们学好数学,精于计算,避免“财蠹力伤”。
秦九韶坦诚自己对“大者”体会十分肤浅,彰显其不慕虚荣、实事求是、“知之为知之,不知为不知”的精神,这在数学开始泛滥的南宋,十分难能可贵。
我国清代数学史家陆心源称赞
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韶说:“秦九韶能于举世不谈算法之时,
讲求绝学,不可谓非豪杰之士。”1973
年,美国出版的《十三世纪的中国数
学》系统介绍了中国学者在一次同余
式组问题方面的成就。作者力勃雷希
说:“秦九韶在不定分析方面的著作
时代颇早,考虑到这一点,我们就会
看到,有着‘科学之父’美誉的美国
著名科学史家萨顿,高度评价秦九韶
为‘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’,是毫不夸张的。”中国古今数学
家,能得到西方数学史界一言九鼎的
人物如此之高的评价,唯有秦九韶也。
2007年10月15日,中国数学会、
国际数学史委员会主办的数学史国际
学术会议闭幕式暨纪念秦九韶《数书
九章》成书760周年、越年诞辰800
周年大会,在秦九韶故里安岳举行。
百余名中外学者齐聚安岳,隆重纪念
秦九韶越年诞辰800周年,缅怀他对
世界数学发展作出的杰出贡献。
为纪念秦九韶这位世界级伟大数
学家,中共安岳县委、安岳县人民政
府及全县人民,不遗余力,以各种方
式缅怀他、纪念他,在AAAA级景
区圆觉洞景区修建了秦九韶纪念馆,
在孔庙紫竹公园修建了秦九韶广场,
在县城新区修建了秦九韶路,在县城
北区修建了九韶中学、九韶小学……
正所谓:
经典石刻呈古韵,
一品柠檬闪金光。
两张名片耀普州,
九韶故里铸辉煌。
安岳县秦九韶纪念馆一角
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