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唐代數(shù)學(xué)家

 zqbxi 2024-02-17 發(fā)布于江西

古代很多科學(xué)家資料不全,反映了封建社會輕視科學(xué),官本位。

王孝通,中國唐代數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家。限于史籍,他的籍貫、身世和生卒年代均未能詳考。出身平民,少小學(xué)算,曾在隋朝任下級官吏,唐初為歷算博士,后升任太史丞,精通天文歷法。在數(shù)學(xué)方面,他通過研究《九章算術(shù)》和祖沖之父子的《綴術(shù)》等書,認為其中的體積算法尚有疏漏,因而“更作新術(shù)”,寫成《緝古算經(jīng)》一書,并且在進呈給朝廷的表文中十分自信地說:“請訪能算之人考論得失, 如有排其一字, 臣欲謝以千金?!?唐顯慶元年(656)這部著作被列為國子監(jiān)算學(xué)館“十部算經(jīng)”之一,因而改稱《緝古算經(jīng)》, 并流傳至今。


王孝通的數(shù)學(xué)成就,集中地反映在他的名著《緝古算術(shù)》之中,這部著作成書年代不詳,也稱《緝古算經(jīng)》.從他的《上輯古算術(shù)表》可以看出,這部著作是在他晚年時,總結(jié)多年“鉆尋秘奧”而得以撰成的,其上表時間大約在626年之后.所以,《緝古算經(jīng)》編撰工作在此之前,成書可能在626年之后.現(xiàn)存《緝古算經(jīng)》1卷,共20題.內(nèi)容包括天文歷算、土木工程以及勾股計算等問題.每道題都有答案,有解題步驟,還有自注.其中關(guān)于多面體體積計算公式和高次方程(尤其是三次方程)數(shù)值解法的成就最為顯著.《緝古算經(jīng)》中關(guān)于“堤積”計算是典型的多面體體積計算問題,而且相當復(fù)雜.不僅有根據(jù)工程具體情況計算體積和長、寬、高的尺寸問題,還有由已知某一部分體積返求其長、寬、高的尺寸問題.他提出了所謂“求堤積都術(shù)”,就是堤積的一般公式,這在當時堪稱一絕.他在《上輯古算術(shù)表》中得意地寫道:“臣晝思夜想,臨書浩嘆,恐一旦瞑目,將來莫睹,遂于本地之余,續(xù)狹斜之法,凡二十術(shù),名曰輯古,請訪能算之人,考論得失,如有排其一字,臣欲謝以千金.”可見,堤積問題是《緝古算經(jīng)》精粹之作.《緝古算經(jīng)》中的大部分問題,包括上述堤積問題都要用高次方程(主要是三次方程)來求解,這在當時是較為高深的數(shù)學(xué)理論.王孝通依據(jù)實際問題建立起高次方程,在沒有符號代數(shù)的情況下,他在每一條有關(guān)高次方程的術(shù)文之下都用自注說明方程各項系數(shù)的來歷.他相當于列出了28個形如

x3+px2+qx=r (p>0,q≥0, r>0)

的三次方程28個,在當時,由于沒有通用的代數(shù)符號,也沒有設(shè)立未知數(shù)列方程的一般方法, 列出一個高次方程是十分困難的。王孝通借助幾何關(guān)系說明了每個方程各項系數(shù)的計算過程, 表現(xiàn)出高超的幾何變換技巧, 同時對每個方程都給出了一個滿足原題目要求的正根,書中沒有記載求根過程,其方法應(yīng)是由《九章算術(shù)》的開立方程序推廣而來的。書中還給出一個體積公式,用以計算具有一對平行面的任何六面體,這是幾何計算中的一個精彩結(jié)果。書中正確而熟練地運用了相似勾股形對應(yīng)邊的比例及一些恒等變換, 實際運用了許多多項式的乘法公式。

《緝古算經(jīng)》的巨大價值在于:它是世界上現(xiàn)存最早系統(tǒng)地研究三次方程的著作。在中國,雖然祖沖之曾研究過二、三次方程,但其著作已經(jīng)失傳。古希臘數(shù)學(xué)家曾用幾何方法求解過三次方程x3=2a3,公元10世紀阿拉伯人發(fā)展了三次方程的幾何解法, 但都不能真正解決一般三次方程的正根計算問題。歐洲人直到13世紀初才由斐波那契給出了一個特殊三次方程的數(shù)值解, 已在王孝通之后600年了, 因此,王孝通對三次方程的研究是世界數(shù)學(xué)史上的輝煌成就, 在中國數(shù)學(xué)史上產(chǎn)生了深遠的影響。656年唐代國子監(jiān)內(nèi)設(shè)數(shù)學(xué)科,搜集數(shù)學(xué)典籍時就包括《緝古算經(jīng)》,直到宋代這部書仍為必修教本。1081—1085年間,出版《算經(jīng)十書》時,也收了《緝古算經(jīng)》.后來,此書外傳到日本等亞洲國家。

緝古算經(jīng)

緝古算經(jīng)

古代數(shù)學(xué)經(jīng)典著作。唐王孝通著。一卷。成書7世紀初。全書僅有20個問題,可分為天文(共1題)、土木工程(共6題)、地窖和倉庫容積(共7題)和勾股(共6題)四類。每題均有答案和解題步驟,并寫有自注。現(xiàn)傳本后四題有殘缺。所有問題均為前人沒有研究或沒有解決的,因此難度較大,許多題是一題多問,有的題目答案達25個之多,成就超越古人,書中最重要內(nèi)容是關(guān)于修筑兩端寬狹不等高低不同的堤壩之類的計算問題,給出了具有梯形底及兩斜側(cè)面的楔形體的體積公式,至今仍有價值。解題方法有二,一為將復(fù)雜幾何體分成若干個簡單的立體圖形,然后再求出它們體積的總和,體現(xiàn)了“出入相補原理”,具有創(chuàng)造性的價值和貢獻。二是將幾何問題化為高次方程的代數(shù)解法。全書共有28個三次方程,給出了“實”、“方”、“廉”(三次方程中的常數(shù)項,一次項和二次項的系數(shù))的數(shù)學(xué)概念,為后人所沿用,解法稱為“從開立方除之”,即“帶從開立方”法,為古代數(shù)學(xué)著作中首先記載該法的著作。由于《綴術(shù)》失傳,其三次方程為流傳至今的最早的三次方程,比數(shù)學(xué)較為發(fā)達的阿拉伯人早三個世紀。然而由于作者規(guī)定三次方程的三次項系數(shù)必須為“1”,其他各項系數(shù)均為正,且僅求正根,局限了方程理論的進一步發(fā)展,顯慶元年(656),國子監(jiān)立算科,該書列入“十部算經(jīng)”,為欽定教材,且規(guī)定學(xué)習(xí)期限為3年。由于原書詞旨深奧,細草評注甚多,著名的是清李璜在編纂《四庫全書》時,為其撰寫的《緝古算經(jīng)考注》二卷。現(xiàn)傳本中最古者為明藏書家汲古閣毛氏影印的南宋本,現(xiàn)藏于北京故宮博物院,其他還有清孔繼涵刻的《微波榭本》(1774),鮑廷博的《知不足齋叢書》本(1780)。

提要        上輯古算經(jīng)表       緝古算經(jīng)      緝古算經(jīng)跋

王孝通,唐代數(shù)學(xué)家。著有《緝古算經(jīng)》,在世界上最早提出三次方程及其解法。

王孝通,中國唐代算歷博士,生卒年代已不可考。武德九年(626)時曾任通直郎太史丞,并參加修改歷法工作。王孝通的主要貢獻在數(shù)學(xué)方面,他的專著是《緝古算經(jīng)》。唐顯慶元年(656),國子監(jiān)設(shè)“算學(xué)”,以“算經(jīng)十書”為教科書,列《緝古算經(jīng)》為十書之一,并規(guī)定此書學(xué)習(xí)年限長達三年。

緝古算經(jīng)

《緝古算經(jīng)》共收20題,其中第1題是用比例知識來確定月球?qū)μ柕南鄬ξ恢脝栴}。第2~6題及第8題是土木建筑和水利工程中的填土、挖土計算問題。一般說問題本身都能反映當時生產(chǎn)實際。例如在計算東西兩頭上下寬狹不同、高亦不同的堤(或溝)時,當勞動人數(shù)、勞動天數(shù)和每人每日能做土方數(shù)確定后,堤的尺寸(東頭上、下寬,堤長,西頭上、下寬及高)實際上都可看成是東頭高的函數(shù),這樣做能保證工程延續(xù)不斷。為確定東頭高就產(chǎn)生了三次方程問題。第7及第9~14題是在存儲糧食建倉庫或挖地窖中所產(chǎn)生的高次方程問題。第15~20題是解直角三角形有關(guān)問題。

在《緝古算經(jīng)》中,王孝通在代數(shù)、幾何方面有所創(chuàng)新。

幾何方面第15~20題是三國時趙爽《周髀算經(jīng)》勾股圓方圖注的補充和發(fā)展。其中前4題已知條件是勾(股)弦乘冪以及勾(股)弦差,后2題已知條件是勾(股)弦乘冪以及股(勾)解直角三角形,這都是前人沒有研究過的第3題中所提出的一般堤積公式相當于:

這比《九章算術(shù)·商功》章,僅討論平堤(a=a’,b=b’,h=h’)已進了一步。

主要成就

王孝通用幾何方法列出三次方程,這是中國現(xiàn)存古算經(jīng)中有關(guān)三次方程最早的記載。對于解三次方程,王孝通說:“開立方除之?!惫烙嬍恰毒耪滤阈g(shù)·少廣》章開立方術(shù)的發(fā)展,《緝古算經(jīng)》對三次方程系數(shù)的稱謂:實、方、廉、隅與劉徽開立方術(shù)注文是相一致的。對于解雙二次方程,王孝通說:“開方除之,所得、又開方”,也就是說歸結(jié)為連續(xù)解兩次二次方程,這種見解也是正確的。

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