查有梁:[宋]秦九韶《数书九章·序》今译
(完整版)论大衍求一术

论「大衍求一术」姓名学号专业课程名称指导教师开课学期20 至20 学年学期论「大衍求一术」目录1.秦九韶简介2.宋元时期历史背景3.大衍求一术4.中国剩余定理:5.“大衍求一术”源流6.“大衍求一术”命名7.“大衍求一术”的应用8.例题解析9.大衍求一术算法(用Algol 60 语言)10.民间流传论「大衍求一术」一、秦九韶秦九韶(公元1202~1261年),字道古,生于四川,南宋数学家。
秦九韶的一生十分复杂,首先他是学者,知识渊博,思想活跃。
他“性格机巧,星象、音律、算术以至营造等事无不精究。
迩尝从李梅亭(李刘)学骈俪诗词。
游戏、马、弓、剑,莫不能知。
”秦九韶从自然科学到社会科学,从技术到天文,从游戏到武术无不通晓,是为但是我国不可多得的通才、全才。
他在1247年著成『数书九章』十八卷。
全书共81道题,分为九大类:大衍类、天时类、田域类、测望类、赋役类、钱谷类、营建类、军旅类、市易类。
『数书九章』是一部划时代的巨着,它总结了前人在开方中所使用的列筹方法,将其整齐而有系统地应用到高次方程的有理或无理根的求解上去,其中对「大衍求一术」(一次同余组解法)和「正负开方术」(高次方程的数值解法)等有十分深入的研究。
『数书九章』的内容以数学为主,可是把数学用于天文历法、水利工程、建筑、测绘、田亩、军事、商业贸易、税收、气象、货币金融等方面。
这也充分说明秦九韶不仅学识渊博,而且有实践精神。
但是『数书九章』也有他的美中不足之处,周密说秦九韶“性喜奢好大,嗜老谋身”,他在著作中也有好高骛远哗众取宠的作风。
他为了发挥大衍求一术的公用,多方设计可用求一术来解决的应用问题,他而主观愿望积极,但是无可讳言有几个问题出现了纰漏。
二、历史背景宋元时期是中国数学大放异彩的时期,它像一盏灿烂的明灯,表明了世界数学发展的高度,宋元数学为什么会出现如此盛况呢?我们要从宋元社会的特点和中国数学发展规律中寻找答案:整个宋元时期(公元),重新统一了的中国封建发生了一系列有利于数学发展的变化。
南宋数学家秦九韶的故事

南宋数学家秦九韶的故事南宋,数学家秦九韶(公元1202~1261年)在1247年(淳佑七年)着成『数书九章』十八卷.全书共81道题,分为九大类:大衍类、天时类、田域类、测望类、赋役类、钱谷类、营建类、军旅类、市易类。
这是一部划时代的巨着,它总结了前人在开方中所使用的列筹方法,将其整齐而有系统地应用到高次方程的有理或无理根的求解上去,其中对「大衍求一术」﹝一次同余组解法)和「正负开方术」﹝高次方程的数值解法)等有十分深入的研究。
其中的”大衍求一术”﹝一次同余组解法),在世界数学史上占有崇高的地位。
在古代<孙子算经>中载有”物不知数”这个问题,举例说明:有一数,三三数之余二,五五数之余二,七七数之余二,问此数为何?这一类问题的解法可以推广成解一次同余式组的一般方法.奏九韶给出了理论上的证明,并将它定名为”大衍求一术”。
秦九韶(生卒年不详,活动期约在13世纪)中国南宋数学家,字道古,四川人,著有《数书九章》(1247年)18卷。
对大衍求一数(整数论中的一次同余式解法)和“正负开方术”(数字高次方程的求正根法)等都有深入的研究。
中国自古以来就使用十进位制计数法,一些实用的计量单位也采用十进制,所以很容易产生十进分数,即小数的概念。
第一个将这一概念用文字表达出来的是魏晋时代的刘徽。
他在计算圆周率的过程中,用到尺、寸、分、厘、毫、秒、忽等7个单位;对于忽以下的更小单位则不再命名,而统称为“微数”。
到了宋、元时代,小数概念得到了进一步的普及和更明确的表示。
杨辉《日用算法》(1262年)载有两斤换算的口诀:“一求,隔位六二五;二求,退位一二五”,即1/16=0 0625;2/16=0 125。
这里的“隔位”、“退位”已含有指示小数点位置的意义。
秦九韶则将单位注在表示整数部分个位的筹码之下,例如:—Ⅲ—Ⅱ表示13.12寸寸是世界上最早的小数表示法。
在欧洲和伊斯兰国家,古巴比伦的六十进制长期以来居于统治地位,一些经典科学著作都是采用六十进制,因此十进制小数的概念迟迟没有发展起来。
宋元数学四大家之秦九韶

宋元数学四大家之秦九韶
宋元数学四大家之秦九韶
秦九韶,字道古,四川安岳人。
先后在湖北,安徽,江苏,浙江等地做官,1261年左右被贬至梅州,(今广东梅县),不久死于任所。
他与李冶,杨辉,朱世杰并称宋元数学四大家。
早年在杭州“访习于太史,又尝从隐君子受数学”,1247年写成著名的《数书九章》。
《数书九章》全书凡18卷,81题,分为九大类。
其最重要的'数学成就“大衍总数术”(一次同余组解法)与“正负开方术"(高次方程数值解法),使这部宋代算经在中世纪世界数学史上占有突出的地位。
《九章算术》原文

《九章算术》原文它是中国古代第一部数学专著,是《算经十书》中最重要的一种,成于公元一世纪左右。
该书内容十分丰富,系统总结了战国、秦、汉时期的数学成就。
同时,《九章算术》在数学上还有其独到的成就,不仅最早提到分数问题,也首先记录了盈不足等问题,《方程》章还在世界数学史上首次阐述了负数及其加减运算法则。
它是一本综合性的历史著作,是当时世界上最简练有效的应用数学,它的出现标志中国古代数学形成了完整的体系。
作者:张苍、耿寿昌、刘徽刘徽(约225年—约295年),汉族,山东滨州邹平市人,魏晋期间伟大的数学家,中国古典数学理论的奠基人之一。
是中国数学史上一个非常伟大的数学家,他的杰作《九章算术注》和《海岛算经》,是中国最宝贵的数学遗产。
刘徽思想敏捷,方法灵活,既提倡推理又主张直观。
他是中国最早明确主张用逻辑推理的方式来论证数学命题的人。
刘徽的一生是为数学刻苦探求的一生。
他虽然地位低下,但人格高尚。
他不是沽名钓誉的庸人,而是学而不厌的伟人,他给我们中华民族留下了宝贵的财富。
全文内容较多,本文仅摘选第一卷内容展示。
序昔在庖犠氏始画八卦,以通神明之德,以类万物之情,作九九之数,以合六爻之变。
暨于黄帝神而化之,引而伸之,于是建历纪,协律吕,用稽道原,然后两仪四象精微之气可得而效焉。
记称隶首作数,其详未之闻也。
按周公制礼而有九数,九数之流,则《九章》是矣。
往者暴秦焚书,经术散坏。
自时厥后,汉北平侯张苍、大司农中丞耿寿昌皆以善算命世。
苍等因旧文之遗残,各称删补。
故校其目则与古或异,而所论者多近语也。
徽幼习《九章》,长再详览。
观陰陽之割裂,总算术之根源,探赜之暇,遂悟其意。
是以敢竭顽鲁,采其所见,为之作注。
事类相推,各有攸归,故枝条虽分而同本榦知,发其一端而已。
又所析理以辞,解体用图,庶亦约而能周,通而不黩,览之者思过半矣。
且算在六艺,古者以宾兴贤能,教习国子;虽曰九数,其能穷纤入微,探测无方;至于以法相传,亦犹规矩度量可得而共,非特难为也。
数学文化讲堂(三)

数学文化讲堂(三)数书九章——三斜求积术由中国南宋数学家秦九韶(约1202~约1261)所撰.本著以问题集的形式收录81个问题,记录了秦九韶的许多创造性成就,其中就包括了“三斜求积术”.材料我国著名的数学家秦九韶于1247年在《数书九章》中提出了“三斜求积术”.他把三角形的三条边分别称为小斜、中斜和大斜.“术”即方法.三斜求积术就是用小斜平方加上大斜平方,减中斜平方,取相减后余数的一半的平方而得一个数,小斜平方乘以大斜平方,减上面所得的那个数.相减后余数被4除,所得的数作为“实”,作1作为“隅”,开平方后即得面积. 三斜求积术用现代式子表示为:S=a,b,c分别表示三角形三边长,S为面积.1. 在△ABC中,当AB=7,AC=6,BC=5时,请运用“三斜求积术”公式计算△ABC的面积.周髀算经——勾股问题《周髀算经》原名《周髀》,是算经的十书之一,同时也是中国最古老的天文学和数学著作,约成书于公元前1世纪,主要数学成就是介绍勾股定理及其在测量上的应用.材料1《周髀算经》中有“若勾三,股四,则弦五”的记载.2. 如图①是由边长相等的小正方形和直角三角形构成的,可以用其面积关系验证勾股定理.图②是由图①放入矩形内得到的,∠BAC= 90°,AB=3,AC=4,点D,E,F,G,H,I都在矩形KLMJ的边上,则矩形KLMJ的面积为()第2题图A. 90B. 100C. 110D. 121材料2赵爽在注解《周髀算经》中给出了“赵爽弦图”,证明了勾股定理的准确性,如图所示,四个全等的直角三角形可以围成一个大的正方形,中间空的是一个小正方形.通过对这个图形的切割、拼接、巧妙地利用面积关系证明了勾股定理.证明方法如下:设直角三角形的三边中较短的直角边为a,另一直角边为b,斜边为c. 朱实面积=2ab,黄实面积=(b-a)2=b2-2ab+a2,朱实面积+黄实面积=a2+b2=大正方形面积=c2.3. 如图是“赵爽弦图”,△ABH、△BCG、△CDF和△DAE是四个全等的直角三角形,四边形ABCD和EFGH都是正方形,如果AB =10,EF=2,那么AH等于________.第3题图第4题图4. 如图所示的“赵爽弦图”是由四个全等的直角三角形和一个小正方形拼成的一个大正方形.设直角三角形较长直角边长为a,较短直角边长为b,若(a+b)2=21,大正方形的面积为13,则小正方形的面积为___________.5. 如图①是我国古代著名的“赵爽弦图”的示意图,它是由四个全等的直角三角形围成的,若较短的直角边BC=5,将四个直角三角形中较长的直角边分别向外延长一倍,得到图②所示的“数学风车”,若△BCD的周长是30,则这个风车的外围周长是__________.第5题图九章算术——勾股问题《九章算术》大约于东汉初年(公元一世纪)成书,共九章,汇总了战国和西汉时期的数学成果,是当时世界上最简练有效的应用数学,其中勾股类问题至今被沿用.6. 勾股中记载这样一个问题:今有邑方不知大小,各中开门.出北门三十步有木,出西门七百五十步见木.问邑方几何?意思是说:如图,正方形ABCD,E、F分别为AD、AB中点,ME⊥AD且ME=30,GF⊥AB且GF=750,连接MG,MG恰好过正方形端点A,则正方形ABCD的面积为______________.第6题图第7题图7. “今有池方一丈,葭生其中央,出水一尺.引葭赴岸,适与岸齐.问水深、葭长各几何?”翻译为:有一个边长为1丈的正方形水池,在池的正中央长着一根芦苇,芦苇露出水面1尺.若将芦苇拉到池边中点处,芦苇的顶端恰好到达水面.则水深尺,芦苇长尺.8. “今有木长二丈,围之三尺.葛生其下,缠木七周,上与木齐.问葛长几何?”翻译:如图,有圆柱形木棍直立地面,高20尺,圆柱底面周长3尺,葛藤生于圆柱底部A点,等距离缠绕圆柱7周,恰好长到圆柱上底面B点,求葛藤的长度是多少尺.第8题图9. “今有二人同所立.甲行率七,乙行率三.乙东行.甲南行十步而邪东北与乙会.问甲乙行各几何?”译文为:已知甲乙二人同时从同一地点出发,甲的速度为7,乙的速度为3.乙一直向东走,甲先向南走10步,后又斜向北偏东走了一段后与乙相遇.那么相遇时,甲乙各走了多远?算法统宗——勾股问题10. 程大位在他的著作《算法统宗》中写了一首计算秋千绳索长度的词《西江月》:“平地秋千未起,踏板一尺离地.送行二步与人齐,五尺人高曾记.仕女佳人争蹴,终朝笑语欢嬉.良工高士素好奇,算出索长有几?”译文为:如图,秋千OA静止的时候,踏板离地高一尺(AC=1尺),将它往前推进两步(EB=10尺),此时踏板升高离地五尺(BD=5尺),求秋千绳索(OA或OB)的长度.第10题图海岛算经——测量问题刘徽,公元3世纪人,中国古代伟大的数学家.他的杰作《九章算术注》和《海岛算经》是我国最宝贵的数学遗产.《海岛算经》是中国学者编撰最早的一部测量数学著作,都是用表尺重复从不同位置测望,取测量所得的差数进行计算,从而求得山高或谷深,也为地图学提供了数学基础.(北师九上104页)11. “今有竹高一丈,末折抵地,去本三尺.问折者高几何(如图)”.译文:有一根竹子高一丈,竹梢部分折断,尖端落在地上,竹尖与竹根的距离三尺,问竹干还有多高?第11题图12. 今“有望深谷,偃矩岸上,令勾高六尺.从勾端望谷底,入下股九尺一寸.又设重矩于上,其矩间相去三丈.更从勾端望谷底,入上股八尺五寸.问谷深几何?”题目的大意是:测量一个山谷AE的深度,拿一个高AB为6尺的矩尺△ABD放在岸上,从B端看谷底EG(D在BG上),下股AD为9尺1寸,向上平移矩尺3丈,现从B′端看谷底EG,上股A′D′为8尺5寸,试求谷深AE.第12题图答案1. 解:在△ABC中,AB=7,AC=6,BC=5,则a=BC=5,b=AC=6,c=AB=7,∴S △ABC2. C 【解析】如解图,延长AB 交KL 于点O .延长AC 交ML 于点P ,∵AB =3,AC =4,∠BAC =90°,∴BC =32+42=5,由题意知BC =BF ,∠BOF =∠BAC =90°,∵∠CBF =90°,∴∠ABC +∠OBF =90°,又∵∠BAC =90°,∴∠ABC +∠ACB =90°,∴∠OBF =∠ACB ,∴△OFB ≌△ABC ,∴OB =AC =4,同理CP =AB =3,∵四边形OBEK 、ADJI 、CHMP 都是矩形,∴KE =DJ =AI =AC =4,DE =AB =3,JI =AD =AB =CP =HM =3,IH =AC =4,∴S 矩形KJML =KJ ·JM =(KE +DE +DJ )·(JI +IH +HM )=(4+3+4)×(3+4+3)=110.第2题解图 第4题解图3. 64. 5【解析】如解图,∵S 正方形ABCD =13,∴AB =13,∵AG =a ,BG =b ,∴a 2+b 2=AB 2=13,∵(a +b )2=a 2+2ab +b 2=21,∴2ab =(a +b )2-(a 2+b 2)=21-13=8,∴ab =4,∴S △ABG =12a ·b =12×4=2,∴S 小正方形=S 大正方形-4S △ABG =13-4×2=5.5. 766. 900007. 12,138. 答:葛藤长29尺.9. 答:甲行24.5步,乙行10.5步.10. 答:秋千绳索的长度为14.5尺.11. 答:竹干还有4.55尺高.12. 答:谷深AE为41丈9尺.。
【数学文化】秦九韶——有“污点”的数学家 微课ppt

环节二:早岁侍亲中都,因得访习于太史
嘉定十五年(1222年)其父秦季槱 相继担任工部郎中和秘书少监,给 秦九韶提供了良好的学习环境。秦 九韶充分利用父亲的有利条件和机 会,把全部精力用在学习上,潜心 向各个领域有学识的学者学习,被 称为过目不忘的“神童”,很快成 为博学多能的青年学者。
环节三:掩不住的数学成就
“污点数学家”—秦九韶
环节一:评价引入
说起数学界的至高荣誉那就是“菲 尔兹奖”,但是我们学生时代,最想 证明自己的就是能在奥数竞赛中获奖。 今天就来说一本跨时代的古代奥数书 籍《数书九章》。
环节一:评价引入
在科举制度盛行的时代,数学、天 文学等一直被压制,但还是有一些人坚 持走自己的道路,秦九韶就是其中璀璨 的一员,他的著作在几百年后的西方依 然广为传阅,受到了科学界的敬仰。
环节三:掩不住的数学成就
他对于《九章算术》和《海岛算经》 的勾股测量术也多所阐发;他在几何 方面的另一项杰出成果是“三斜求积术”, 即已知三角形三边之长求其面积的公 式。我们不仅可以找到数学和天文历 法乃至雨雪量等方面的珍贵资料,而 且还可以从中了解到南宋时期户口增 长、耕地扩展、赋税、利贷、度量衡 以及货币流通、海外贸易等等社会经 济领域的真实情况。
环节四:巨星的陨落
受陈元靓的影响,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。秦九韶高度 评价数学的作用,反对轻贱数学的世 俗看法。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!
环节四:巨星的陨落
通过自己的数学研究实践,认识到“所谓通 神明,顺性命,固肤末于见”,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。但在封建 社会的大背景下,主流文化在“神明”、“性 命”这类问题上,常常不懂装懂、自欺欺人, 民众没有独立的分辨意识,只会跟着舆论走。 他的观点遭到了保守权贵的打击和污蔑,
南宋秦九韶的数学成就
□ 付春娟
书九章》的内容编排敢于突破前人的束缚,
并在前人知识积累的基础上,取得了数学 设计有着惊人相似的地方,其中就包含了程
方面的巨大成就。秦九韶在数学内容上有 序设计的许多方法及技巧。在十八、十九世
很多的创新,其中包括中国最早的数码字 纪的国外,欧拉和高斯都同时对一次同余组
记数法,最大公约数、公倍数的运用,同余 进行了论证和研究,并独立地获得了与“大
大贡献。秦九韶在处理同余问题的方法上, 家欧拉(1743)和高斯(1801)得出了与“孙子 一是采用“大衍术”,二是“治理术”(治理演 剩余定理”相似的结论[1]95。东方数学无疑在
纪术)。“大衍术”是一次同余式组问题的通 一次同余问题的研究上处于优先的地位,印
常解法,而治理术则是专为历元推算设计的 度学者在一次同余分析方面也有一定的兴
程序,两者都是在“大衍术”的基础上实现 趣与探讨。早在公元 6 世纪到 12 世纪期 的。秦九韶的大衍总数术并不是将剩余定理 间,印度数学家都沿用一种类似于“大衍
推广到模数上的两两非互素的一般形式,而 术”的算法来求解一次不定方程组,而这些
是将模数转化为两两互素的情形,这在当时 从未有过像秦九韶“大衍术”这样完整、系
式的创造发明等方面的成就。
衍术”相一致的结论。在欧洲最早接触一次
一、秦九韶的“大衍术”的理论
同余问题的是意大利数学家列奥纳多·斐波
秦九韶在许多的数学分支领域内取得 那契(约 1170—1250),他在《算盘之书》中
的成就是非常巨大的,尤其在“大衍术”的理 给出了两个一次同余的问题,但是没有相应
论上的概况与总结,是其对数学史上又一巨 的一般算法。直到十八、十九世纪,才由数学
三、秦九韶对代数学与几何学的贡献 秦九韶的数学成就还表现在很多方面, 在代数学方面,他继承并改进了《九章算术》 中的方程计算方式,尤其是在计算方法上进 行了有效的改进。秦九韶在领悟《九章算术》 中方程术的情况下,通过将题设中的 20 个 数据列为方程,来解四元线性方程组,并将 数据依次相乘和直除,并画出了十四幅图形 详细注释变换中的因果关系,直到系数矩阵 转化为单位矩阵才算结束。其计算过程按部 就班,准确无误,是中国史料中完整地记载 多元方程演算过程的实录,非常具有史料价 值,并早于欧洲的高斯 2000 多年采用这种 消去法。在几何学方面,秦九韶发扬了《九章 算术》和《海岛算经》里的测算方法,对勾股 及“重差”的算法进行了有效的阐述,尤其是 其斜边求积公式的推算与应用。我国古代还 没有素数的概念,秦九韶首创“连环求等”的 方法,以实现几个数的最小公倍数。在推陈 出新方面,秦九韶模拟了《九章算术》中的以 漆、漆题,衍为易麦、踏曲题等,认为题意出 自于“盈不足”且不落窠臼,开辟了新的途 径,达到了另辟蹊径、推陈出新的效果[3]57。秦 九韶早于德国数学家高斯 500 多年,在大衍 总数术中“用数”的互通及借贷关系中正确 地且富有一定道理地说出了它们之间的联 系,而现代人只能通过采用现代数论的知识 来考察其内涵。秦九韶在几何领域也为中国 传统数学的研究填补了空白,其中的“三斜 求积”就是著名的一例,这使得希腊哲学家 海龙创造的用边长来表示三角形面积的公
秦九韶公式的两个奇妙证明
秦九韶公式的两个奇妙证明
作者:***
来源:《中学数学杂志(初中版)》2020年第03期
我国南宋时期著名数学家秦九韶(1202-1261)在《数书九章》(1247)中提出了已知△ABC的三边长a,b,c求其面积S的“三斜求积公式”:
几乎在同一时期,意大利著名數学家斐波那契(Fibonacei,约1170-1250)在他的名著《算盘书》(写于1202年)中给出了著名的斐波那契恒等式:
这个恒等式说明了如果两个数都能表示成两个平方数的和。
那么它们的乘积也能表示成两个平方数的和,斐波那契恒等式是二次型的高斯理论以及近代数论中某些发展的起源。
秦九韶在《数书九章》中并没有给出“三斜求积公式”的证明,著名数学家吴文俊先生在文[1]中运用出入相补原理给出了一个具有我国古代几何韵味的证明,本文再给出两种颇具特色的证法,这种证法揭示了秦九韶公式与斐波那契恒等式之间的奇妙联系。
真令人不可思议。
南宋数学家秦九韶主要成绩
南宋数学家秦九韶主要成绩
秦九韶是南宋时期的一位著名数学家,他的主要成就包括以下几个方面。
一、推广“天元术”
“天元术”是中国古代数学中的一种求解高次方程式的方法。
秦九韶在其著作《数书九章》中详细介绍了这一方法,并进行了大量的推广和普及。
他提出了“传、衍、攀、剖”四种方法的组合应用,使之更加灵活和实用,使“天元术”成为了中国古代数学中独具特色的一部分。
二、研究数论
秦九韶对数学的研究不仅限于代数,还涉及到了数论方面。
他在《数书九章》中介绍了中国古代数学中的“方程术”和“同余术”,并深入探讨了素数、因数分解等数学问题,为后人在数论研究上提供了重要的思路和方法。
三、提出“连分数”
秦九韶在其著作《数书九章》中,提出了一种新的数学表示方法——连分数。
他将实数表示为以整数为分子的有限或无限连分数的形式,这一方法被广泛运用于数学和物理等领域,成为了一个非常重要的工具。
四、研究勾股定理
秦九韶对勾股定理的研究也有很大的贡献。
他通过使用古希腊的几何方法,成功地证明了勾股定理,并将其应用于实际问题中,如城
市规划和军事防御等领域。
总之,秦九韶是中国古代数学中的一位杰出的代表,他的成就不仅体现在他的著作中,还体现在他对中国古代数学的推广和普及中。
他的贡献对于中国古代数学和现代数学的发展都有着深远的影响。
海伦和秦九韶
海伦和秦九韶古希腊的数学发展到亚历山大里亚时期,数学的应用性得到了很大的发展,其突出的一点就是三角术的发展。
三角术是人们为了建立定量的天文学,以便用来预报天体的运行路线和位置以帮助报时,计算日历、航海和研究地理而产生的。
在解三角形的问题中,一个比较困难的问题是如何由三角形的三边c b,直接求出三角形的面积。
据说这个问题最早是a,由古希腊数学家阿基米德解决的,他得到了公式但现在人们常常以古希腊的数学家海伦的名字命名这个公式。
因为这个公式最早出现在海伦的著作《测地术》中,公式的证明在海伦的著作《测量仪器》和《度量术》中可以找到。
海伦公式解决了由三角形的三边直接求出三角形面积的问题,它具有轮换对称的特点,形式很美,大家很容易记住它。
海伦是古希腊的数学家,他还是一位优秀的测绘工程师。
他的代表作是《度量术》,此书讨论平面图形的面积,立体图形的体积,以及把图形分成几部分,使所分成的各部分的面积或体积的比等于给定的比。
《测量仪器》是他的另一本代表作,其中描述的一种仪器,功能相当于现代的经纬仪。
在此书中他还讨论了许多测量问题,如怎样挖隧道,从山的两侧开始,找准方向,使隧道准确会合;确定两点间高度的差;测量可望不可及的两点之间的距离;还有各种高度和距离的测量问题。
我国南宋著名数学家秦九韶也发现了与海伦公式等价的从三角形三边求面积的公式,他把这种方法称为“三斜求积”。
在他的著作《数书九章》卷五“田域类”里有一个题目:“问有沙田一段,有三斜。
其小斜一十三里,中斜一十四里,大斜一十五里,里法三百步。
欲知为田几何。
”这道题实际上就是已知三角形的三边长,求三角形的面积。
《数书九章》中的求法是:“以小斜幂并大斜幂减中斜幂,余半之,自乘于上。
以小斜幂乘大斜幂减上,余四约之,为实。
一为从偶,开平方得积。
”如果把以上这段文文字写成公式,就是秦九韶独立推出了三斜求积公式,它虽然与海伦公式形式上不一样,但两者完全等价,从中可以充分说明我国古代学者与具有很高的数学水平。
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查有梁:[宋]秦九韶《数书九章·序》今译
作者:[查有梁] 来源:[《中华文化论坛》2005年第1期] 浏览:[27] 2010-12-15 秦九韶为《数书九章》写的“序”,是一篇数学与语文高水平整合的杰作。如果我们要编一本《中华科技古文观止》,那么,《数书九章·序》是必选的名著。我们要理解《数书九章》,不可不认真研读秦九韶自己为此书写的原序。只有认真研读了《数书九章·序》,才能从整体上把握秦九韶的数学观及其方法论。
这里先展出《数书九章·序》的全部原文,读者首先从原序中品味秦九韶的文采,再领会其中深邃的哲理。可能有些句子人们不甚了解,这也没有关系。多读几遍,其义自见。《数书九章·序》的前半部是“文”,后半部是“诗”。我同样先按文的形式,后照诗的形式,意译这篇杰作,也许有助于读者理解秦九韶的原序。我的译文,只是尝试,仅供参考。奇文共欣赏,疑义相与析。
《数书九章》原序
周教六艺,数实成之。学士大夫,所从来尚矣。其用本太虚生一,而周流无穷,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?若昔推策以迎日,定律而知气。髀矩浚川,土圭度晷。天地之大,囿焉而不能外,况其间总总者乎?爰自河图、洛书,闿发秘奥,八卦、九畴,错综精微;极而至于大衍、皇极之用。而人事之变无不该,鬼神之情莫能隐矣。圣人神之,言而遗其粗;常人昧之,由而莫之觉。要其归,则数与道非二本也。汉去古未远,有张苍、许商、乘马延年、耿寿昌、郑玄、张衡、刘洪之伦,或明天道,而法传于后;或计功策,而效验于时。后世学者自高,鄙不之讲,此学殆绝,惟治历畴人,能为乘除,而弗通于开方衍变。若官府会事,则府史一二系之。算家位置,素所不识,上之人亦委而听焉。持算者惟若人,则鄙之也宜矣。呜呼!乐有制氏,仅记铿锵,而谓与天地同和者止于是,可乎?
今数术之书,尚三十余家。天象历度,谓之缀术;太乙、壬、甲,谓之三式,皆曰内算,言其秘也。九章所载,即周官九数,系于方圆者为蚩术,皆曰外算,对内而言也。其用相通,不可岐二。独大衍法不载九章,未有能推之者,历家演法颇用之,以为方程者误也。且天下之事多矣,古之人先事而计,计定而行。仰观俯察,人谋鬼谋,无所不用其谨,是以不愆于成,载籍章章可覆也。后世兴事造始,鲜能考度,浸浸乎天纪人事殽缺矣。可不求其故哉?九韶愚陋,不闲于艺。然早岁侍亲中都,因得访习于太史,又尝从隐君子受数学。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,信知夫物莫不有数也。乃肆意其间,旁诹方能,探索杳渺,粗若有得焉。所谓通神明,顺性命,固肤末于见;若其小者,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。恐或可备博学多识君子之余观,曲艺可遂也。原进之于道,倘曰,艺成而下,是惟畴人府史流也,乌足尽天下之用,亦无懵焉。
时淳佑七年九月鲁郡秦九韶叙。且系之曰:
昆仑磅礴,道本虚一。 圣有大衍,微寓于易。 奇余取策,群数皆捐。 衍而究之,探隐知原。 数术之传,以实为体。 其书九章,惟兹弗纪。 历家虽用,用而不知。 小试经世,姑推所为。
述大衍第一。
七精四穹,人事之纪。 追缀而求,宵星昼晷。 历久则疏,性智能革。 不寻天道,模袭何益。 三农务穑,厥施自天。 以滋以生,雨膏雪零。 司牧闵焉,尺寸验之。 积以器移,忧喜皆非。
述天时第二。
魁隗粒民,甄度四海。 苍姬井之,仁政攸在。 代远庶蕃,垦菑日广。 步度庀赋,版图是掌。 方圆异状,斜窳殊形。 蚩术精微,孰究厥真。 差之毫厘,谬乃千百。 公私共弊,盖谨其籍。
述田域第三。
莫高匪山,莫浚匪川。 神禹奠之,积矩攸传。 智创巧述,重差夕桀。 求之既详,揆之罔越。 崇深广远,度则靡容。 形格势禁,寇垒仇墉。 欲知其数,先望以表。 因差施术,坐悉微渺。
述测望第四。
邦国之赋,以待百事。 畡田经入,取之有度。 未免力役,先商厥功。 以衰以率,劳逸乃同。 汉犹近古,税租以算。 调均钱谷,河菑之扦。 惟仁隐民,犹已溺饥。 赋役不均,宁得勿思。
述赋役第五。
物等敛赋,式时府庾。 粒粟寸丝,褐夫红女。 商征边籴,后世多端。 吏缘为欺,上下俱殚。 我闻理财,如智治水。 澄源浚流,维其深矣。 彼昧弗察,惨急烦刑。 去理益远,吁嗟不仁。
述钱谷第六。
斯城斯池,乃栋乃宇。 宅生寄命,以保以聚。 鸿功雉制,竹个木章。 匪究匪度,财蠹力伤。 围蔡而栽,如子西素。 匠计灵台,俾汉文惧。 惟武图功,惟俭昭德。 有国有家,兹焉取则。
述营建第七。
天生五材,兵去未可。 不教而战,维上之过。 堂堂之阵,鹅鹳为行。 营应规矩,其将莫当。 师中之吉,惟智仁勇。 夜算军书,先计攸重。 我闻在昔,轻则寡谋。 殄民以幸,亦孔之忧。 述军旅第八。
日中而市,万民所资。 贾贸墆鬻,利析锱铢。 蹛财役贫,封君低首。 逐末兼并,非国之厚。
述市易第九。
《数书九章·序》译文
周代的教育内容有“六艺”(礼、乐、射、御、书、数),数学是其中之一。学者和官员们,历来重视、崇尚这门学问。为了应用,人们要认识世界的规律,因而产生了数学。数学具有广泛的应用性。从大的方面说,数学可以认识自然,理解人生;从小的方面说,数学可以经营事务,分类万物。难道容许将数学视为一门浅近的学问吗?
过去,历算家们用筹算推演,制定天文历法;发现自然规律,预测季节变化。用“髀”、“矩”测山高河深,用“圭表”量日影,以定时刻与节气。宇宙如此之大,尚且不能置于数学之外,那么,宇宙之中的各种各样的事物,难道能离开数学吗?
自从“河图”、“洛书”,开创发现数学的奥秘;《周易》“八卦”、《九章算术》,在解决错综复杂问题时,显示了数学的精妙细微;“大衍术”在历法计算,以及解诸多问题中的应用,使数学的精微作用发挥到了极大。数学对于认识人世间各类事物的变化,无所不包。自然界中物质运动的聚散,也不能隐匿于数学之外。古代的圣贤学者很高明,了解许多数学的精微之处,留下的文学却十分简略,使一般人难于明白,难于领悟其中之奥秘。探究其原因,是因为“数学”与“哲学”同样深奥,本质一致,并不是两回事。
汉代离上古并不很远,但有张苍、许商、乘马延年、耿寿昌、郑兴、郑众、张衡、刘洪等一批数学家和历算家,他们之中,有的精通天文历法,将算理算法传于后世;有的长于用筹运算,计算结果当时就能得到检验。
后世的一些学者,把自己看得太高,鄙视前人的成就,不虚心学习,不继承发展,使数学这门学问中,有的内容几乎断绝失传。只有懂历法的历算家们,会乘除运算,但对高深的“开方术”、“大衍术”,就不通晓了。他们认为,官府的会计事务,只需少数人懂得加减计算就行了。数学家的地位和作用,而今,从不被人们所认识,当权人士对此状况,也听之任之。算学家只当作工具使用,数学这门学问遭到鄙视,也就理所当然了。
可悲啊!这就犹如制造乐器的人,仅仅只能拨弄出乐器的声音,就说这是与天下的知音者一道,奏出了美妙悦耳的乐章,难道能够这样说吗?
当今数学之书,计有三十余家。天象历法的计算方法,称之为“缀术”(“逼近之术”);应用于占卜术中的计算有“太乙、六壬、遁甲”,称之为“三式”,这些都统称为“内算”,它们的算法是保密的,内传而不外传。《九章算术》所载的内容,就是《周礼》中的“九数”(《九章算术》的九章是:方田、粟米、衰分、少广、商功、均输、盈不足、方程、勾股);有关测量方位、地形之高、深、远、近的方法,称为“直术”,这些都统称为“外算”,它们的算法是公开的。“外算”是相对于“内算”而言的。“外算”与“内算”在应用上是彼此相通的,不应该视为两种截然不同的算法。
唯独“大衍术”,没有载于《九章算术》之中。没有见到有人,能将“大衍术”的算法程序推演出来。历算家在制定历法时,应用“大衍术”进行计算的颇多,如果以为它是“方程术”,那就谬误了。
宇宙人世间的事情太多了,古代的人为解决某一问题,先进行策划,再确定方法程序,然后按程序实施行动。他们仰观天文,俯察地理,应用感官,应用直觉,谨慎地采用各种方法。为了让他们取得的成果不致被埋没,便使用文字将这些成果记载下来,一代一代流传后世。
后人在做事时,往往从头开始,很少考虑前人已有的成果,渐渐地在解决自然和人事的诸多问题时,就混乱不堪,缺少根据。我们为什么不可以对前人的成果,多多研究一番呢?
九韶愚昧,才疏识陋,但对学习“六艺”,却不曾偷闲。我在青少年时代曾随父亲到过都城(临安,南宋京城,今杭州市),因此有机会访问国家天文台的历算家,向他们学习历算。此外,我还从隐居的学者那里学习数学。那时,元人军队入侵四川,长年路途阻塞,自己不得不长期处于战乱之中。尝尽艰险,历经忧患,就这样辗转渡过了十年光阴,使人心力枯竭,元气失落。
但我坚信,世间万物都与数学相关。于是,我很有兴趣地钻在数学之中,向学者、能人求教,深入探索数学之精微,初步取得一些成果。对于数学的大的方面,认识自然,理解人生,我并没有什么发现;但在数学的小的方面,对于经营事务,分类万物,却有所得,我尝试以问答形式,拟出若干应用问题。历经多年,积累渐增,我怕一旦丢失甚为可惜,于是就取八十一个问题,分为九类,写出解题方法及运算程序,有的问题还在其中作图以示之。
我的这些成果,或许可供博学多识的学人闲暇之时品赏,这便达到了本书的目的,我也心满意足了。我原本要把数学提升到哲理(道)的高度,实在难以做到。如果有人说:这些数学成果,仅仅不过是历算学家们流传下来的东西,不能满足社会广泛的实际需要。我相信,这也不会使本书黯然失色。
南宋淳佑七年(公元1247年)九月鲁群秦九韶序且附诗九首:
一
巍巍昆仑,气势磅礴, 世界本原,在于数学。 圣人发现推算历法的大衍术, 大衍微妙之处源于《周易》。取奇数的竹棍进行运演,