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宋元時(shí)期,中國數(shù)學(xué)鼎盛時(shí)期中杰出的數(shù)學(xué)家有“秦﹝九韶﹞、李﹝冶﹞、楊﹝輝﹞、朱﹝世杰﹞四大家”,朱世杰就是其中之一。朱世杰是一位平民數(shù)學(xué)家和數(shù)學(xué)教育家。朱世杰平生勤力研習(xí)《九章算術(shù)》,旁通其它各種算法,成為元代著名數(shù)學(xué)家。
朱世杰(1249年-1314年),字漢卿,號(hào)松庭,漢族,燕山(今北京)人氏,元代數(shù)學(xué)家、教育家,畢生從事數(shù)學(xué)教育。有“中世紀(jì)世界最偉大的數(shù)學(xué)家”之譽(yù)。朱世杰在當(dāng)時(shí)天元術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展出“四元術(shù)”,也就是列出四元高次多項(xiàng)式方程,以及消元求解的方法。此外他還創(chuàng)造出“垛積法”,即高階等差數(shù)列的求和方法,與“招差術(shù)”,即高次內(nèi)插法。主要著作是《算學(xué)啟蒙》與《四元玉鑒》。
《算學(xué)啟蒙》由淺入深,從一位數(shù)乘法開始,一直講到當(dāng)時(shí)的最新數(shù)學(xué)成果――天元術(shù),儼然形成一個(gè)完整體系。書中明確提出正負(fù)數(shù)乘法法則,給出倒數(shù)的概念和基本性質(zhì),概括出若干新的乘法公式和根式運(yùn)算法則,總結(jié)了若干乘除捷算口訣,并把設(shè)輔助未知數(shù)的方法用于解線性方程組。《四元玉鑒》的主要內(nèi)容是四元術(shù),即多元高次方程組的建立和求解方法。秦九韶的高次方程數(shù)值解法和李冶的天元術(shù)都被包含在內(nèi)。
朱世杰長期從事數(shù)學(xué)研究和教育事業(yè),以數(shù)學(xué)名家周游各地20多年,四方登門來學(xué)習(xí)的人很多。《算學(xué)啟蒙》是一部通俗數(shù)學(xué)名著,曾流傳海外,影響了朝鮮、日本數(shù)學(xué)的發(fā)展?!端脑耔b》則是中國宋元數(shù)學(xué)高峰的又一個(gè)標(biāo)志,其中最杰出的數(shù)學(xué)創(chuàng)作有“四元術(shù)”(多元高次方程列式與消元解法)、“垛積法”(高階等差數(shù)列求和)與“招差術(shù)”(高次內(nèi)插法)。
在宋元時(shí)期的數(shù)學(xué)群英中,朱世杰的工作具有特殊重要的意義。如果把諸多數(shù)學(xué)家比作群山,則朱世杰是最高大、最雄偉的山峰。站在朱世杰數(shù)學(xué)思想的高度俯嫩傳統(tǒng)數(shù)學(xué),會(huì)有'一覽眾山小'之感。朱世杰工作的意義就在于總結(jié)了宋元數(shù)學(xué),使之在理論上達(dá)到新的高度。這主要表現(xiàn)在:首先是方程理論。在列方程方面,蔣周的演段法為天元術(shù)作了準(zhǔn)備工作,他已具有尋找等值多項(xiàng)式的思想,洞淵馬與信道是天元術(shù)的先驅(qū),但他們推導(dǎo)方程仍受幾何思維的束縛,李冶基本上擺脫了這種束縛,總結(jié)出一套固定的天元術(shù)程序,使天元術(shù)進(jìn)入成熟階段。在解方程方面,賈憲給出增乘開方法,劉益則用正負(fù)開方術(shù)求出四次方程正根,秦九韶在此基礎(chǔ)上解決了高次方程的數(shù)值解法問題。至此,一元高次方程的建立和求解都已實(shí)現(xiàn)。而線性方程組古已有之,所以具備了多元高次方程組產(chǎn)生的條件。李德載的二元術(shù)和劉大鑒的三元術(shù)相繼出現(xiàn),朱世杰的四元術(shù)正是對(duì)二元術(shù)、三元術(shù)的總結(jié)與提高。由于四元已把常數(shù)項(xiàng)的上下左右占滿,方程理論發(fā)展到這里,顯然就告一段落了。從方程種類看,天元術(shù)產(chǎn)生之前的方程都是整式方程。從洞淵到李冶,分式方程逐漸得到發(fā)展.而朱世杰,則突破了有理式的限制,開始處理無理方程.其次是高階等差級(jí)數(shù)的研究.沈括的隙積術(shù)開研究高階等差級(jí)數(shù)之先河,楊輝給出包括隙積術(shù)在內(nèi)的一系列二階等差級(jí)數(shù)求和公式.朱世杰則在此基礎(chǔ)上依次研究了二階、三階、四階乃至五階等差級(jí)數(shù)的求和問題,從而發(fā)現(xiàn)其規(guī)律,掌握了三角垛統(tǒng)一公式.他還發(fā)現(xiàn)了垛積術(shù)與內(nèi)插法的內(nèi)在聯(lián)系,利用垛積公式給出規(guī)范的四次內(nèi)插公式.第三是幾何學(xué)的研究。宋代以前,幾何研究離不開勾股和面積、體積.蔣周的《益古集》也是以面積問題為研究對(duì)象的.李冶開始注意到圓城因式中各元素的關(guān)系,得到一些定理,但未能推廣到更一般的情形.朱世杰不僅總結(jié)了前人的勾股及求積理論,而且在李冶思想的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步,深入研究了勾股形內(nèi)及圓內(nèi)各幾何元素的數(shù)量關(guān)系,發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)重要定理--射影定理和弦冪定理.他在立體幾何中也開始注意到圖形內(nèi)各元素的關(guān)系.朱世杰的工作,使得幾何研究的對(duì)象由圖形整體深入到圖形內(nèi)部,體現(xiàn)了數(shù)學(xué)思想的進(jìn)步。
朱世杰的主要貢獻(xiàn)是創(chuàng)造了一套完整的消未知數(shù)方法,稱為四元消法.這種方法在世界上長期處于領(lǐng)先地位,直到18世紀(jì),法國數(shù)學(xué)家貝祖(Bezout)提出一般的高次方程組解法,才超過朱世杰。除了四元術(shù)以外,《四元玉鑒》中還有兩項(xiàng)重要成就,即創(chuàng)立了一般的高階等差級(jí)數(shù)求和公式及等間距四次內(nèi)插法公式,后者通常稱為招差術(shù).此書代表著宋元數(shù)學(xué)的最高水平,美國科學(xué)史家薩頓(G.Sarton)稱贊它“是中國數(shù)學(xué)著作中最重要的一部,同時(shí)也是中世紀(jì)的杰出數(shù)學(xué)著作之一”。朱世杰處于中國傳統(tǒng)數(shù)學(xué)發(fā)展的鼎盛時(shí)期,當(dāng)時(shí)社會(huì)上“尊崇算學(xué),科目漸興”,數(shù)學(xué)著作廣為傳播。 |
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