宋元四傑

“宋元四傑”,是指宋元時期最傑出的四位數學家:秦九韶、李冶、楊輝、朱世傑。他們所取得的數學成就,有許多領先於世界上其它國家,為數學研究做出了突出的貢獻 。

基本信息

秦九韶

秦九韶(1208年—1261年)字道古,魯郡(今山東曲阜)人,是一位多才多藝的才子。他的數學成就,體現在他的《數學九章》中。其中最突出的有兩項:一項是“正負開方術”;另一項是“大衍求一術”。

“大衍求一術”為求解同餘式題目找到了一條科學的途徑,從而誕生出了“中國剩餘定理”。在西方,這一定理是德國著名數學家高斯於1801年出版的《算術探究》中提出的,比秦九韶晚了五百多年。所以,英國傳教士偉烈亞力1852年將它命名為“中國剩餘定理”。

李冶

李冶(1192年—1279年)原名李治,字仁卿,號敬齋,真定欒城(今河北欒城)人。李冶原好文學,與著名文學家元好問是密友,人稱“小元李”。蒙古攻破鈞州後,李冶微服出逃,從此始攻數學,長期隱居,屢次推卻元朝的徵召。

李冶一生著述甚豐,數學著作有《測圓海鏡》(1248年成)與《益古演段》(1259年成)。李冶自己最看重的著作,就是《測圓海鏡》。 李冶在數學上的最大貢獻,就是總結、發展並完善了“天元術”。

天元術就是現代的列方程,即根據題意列出一個包含未知數的數學題式。天元相當於現代的X。古代還沒有引進X這個字母,就用“元”字表示(但只寫在數字邊上),或者用一個“太”字表示常數項(也只寫在數字邊上)。

x3+336x2+4184x+2488320=0

列方程式,在現代是很普通、很淺顯的數學問題,但在古代並不容易。李冶發明的用“元”表示含未知數項的方法,具有了半符號代數學的性質。在西方,半符號代數是16世紀後才出現的,比李冶要晚三百多年。

楊輝

楊輝(出生年月不詳),字謙光,錢塘(今杭州)人。

楊輝的數學著作甚多,有《詳解九章算法》(12卷,1261年成)、《日用算法》(2卷,1262年成)、《乘除通變本末》(3卷,1274年成)、《田畝比類乘除捷法》(2卷,1275年成)、《續古摘奇算法》(2卷,1275年成)。

楊輝在數學上的造詣極深,涉獵極廣,許多優秀的前人成果,都由於楊輝的記載而得以保存下來(如賈憲三角與增乘開方法)。他在北宋沈括“隙積術”的基礎上,又發展出“垛積術”,在高階等差級數的計算上達到了新的高度。而他最為世人注目的,則是對“縱橫圖”的收集與研究。

“縱橫圖”,又稱幻方、方陣等。縱橫圖的特點,就是每行、每列及對角線上各數之和都相等,用現代數學的公式來表示,就是Nn= n(n2+1)[n表示每行上的數字個數]。有n個數,也就稱為n階的縱橫圖。

我國漢代的《大戴禮記·明堂篇》中,就有著名的九宮數,將它排列起來,也就是一個三階縱橫圖(如圖),這是世界上最早見於記載的縱橫圖。

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楊輝在《續古摘奇算法》中,收集了從3階到10階的方形縱橫圖共有13幅,另外還有“洛書數”、“四四陰圖”、“聚數圖”、“連環圖”等等,使縱橫圖的形態更加豐富多彩。明代的一些數學家更發展出“瓜瓞圖”、“立方圖”、“渾三角圖”、“六道渾天圖”等等,將這類圖推到了新的高峰。

縱橫圖幾乎沒有什麼實用的意義,只有些趣味性,在古代還具有某種宗教的意味,但它對於數學家們的頭腦鍛鍊頗有益處。因此,一直有不少的科學家在進行縱橫圖的研究。

朱世傑

朱世傑(出生年月不詳),字漢卿,號松庭,燕山一帶人。

朱世傑在數學上的造詣很深,聲望很高,可以說在宋元四傑中是成就最高、聲望最高的一位。連國外的學者也認為,朱世傑的數學著作《四元玉鑒》是“中世紀最傑出的數學著作之一”。

朱世傑在1299年撰成《算學啟蒙》,這是一部普及性的數學教科書。1303年撰成《四元玉鑒》,則是當時最高水平的數學專著。就在這部著作中,朱世傑向世人貢獻了他最主要的數學成就:“四元術”。

在“四元術”中,用“天”、“地”、“人”、“物”這4個字分別表示4個未知數,以“太”字表示常數項。但實際使用中,則是將“天”、“地”、“人”、“物”這四項按下、左、右、上的位置排出,將常數項排在中間,用“太”字表示。這樣,實際上只要註明常數項就可以了。冪次由它們與“太”字的距離來決定,離開愈遠的,冪次愈高。相鄰兩元冪次之積則記入各行列的交叉處。

一個方程列一個籌式,有幾元,就列幾個籌式。這是古代時期的多元高次方程分離係數表示法。在實際的演算中,十分便捷。

“四元術”的消元法,與現代數學基本相同,逐級消元,最終變為一個一元高次方程來求解。

朱世傑創造的“四元術”,西方到18世紀才達到這樣的水平,比朱世傑落後近五百年。

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