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第2章 第二節戰國至兩漢中國數學框架的確立

中國古代數學 郭书春 1483 2018-03-20
戰國時期,各諸侯國相繼完成了向封建制度的過渡。思想界、學術界諸子林立,百家爭鳴,異常活躍,為數學和科學技術的發展創造了良好的條件。儘管沒有一部先秦的數學著作留傳到後世,但是,人們通過田地及國土面積的測量,粟米的交換,收穫及戰利品的分配,城池的修建,水利工程的設計,賦稅的合理負擔,產量的計算,以及測高望遠等生產生活實踐,積累了大量的數學知識。據東漢初鄭眾記載,當時的數學知識分成了方田、粟米、差分、少廣、商功、均輸、方程、贏不足、旁要九個部分,稱為“九數”。九數確立了《九章算術》的基本框架。 秦始皇結束了列國紛爭,首次建立了中央集權的封建帝國,本應有利於數學的發展。但他的專制政策窒息了百家爭鳴的學術空氣。秦朝的殘暴統治,尤其是焚書坑儒,給中國文化事業造成空前的浩劫。不久,劉邦利用推翻暴秦的農民起義,統一了中國,建立了漢朝,史稱西漢。西漢政府與民生息,社會生產力得到恢復、發展,給數學和科學技術的發展帶來新的活力,人們提出了若干算術難題,並創造了解勾股形、重差等新的數學方法。同時,人們注重先秦文化典籍的收集、整理。作為數學新發展及先秦典籍的搶救工作的結晶,便是《九章算術》的成書。 《九章算術》(省稱《九章》)是中國最重要的數學經典,它之於中國和東方數學,大體相當於《幾何原本》之於希臘和歐洲數學。在世界古代數學史上,《九章》與《原本》像兩顆璀燦的明珠,東西輝映。

《九章》之前還有一部《周髀算經》,它本是一部以數學方法闡述蓋天說的天文著作,一般認為於公元前1世紀成書。卷上記載了商高答周公問,陳子答榮方問。前者有勾股定理的特例3+4=5,後者有用勾股定理及比例算法測太陽高遠及直徑的內容。近年湖北省張家山出土的竹簡《算數書》正在整理,其少廣一問與《九章》少廣章第1問基本相同,兩者的關係有待於研究。 《九章》集先秦到西漢數學知識之大成。據東漢末大學者鄭玄(公元127—200年)引東漢初鄭眾(?—公元83年)說,西漢在先秦九數基礎上又發展出勾股、重差兩類數學方法。魏劉徽說:《九章》是由九數發展而來的,由於秦朝焚書而散壞。西漢張蒼(?—公元前152年)、耿壽昌(公元前1世紀)收集秦火遺殘,加以整理刪補,便成為《九章算術》。方田章提出了完整的分數運算法則,各種多邊形、圓、弓形等的面積公式;粟米章提出了比例算法;章提出了比例分配法則;少廣章給出了完整的開平方、開立方程序;商功章討論各種立體體積公式及工程分配方法;均輸章解決賦役中的合理負擔,也是比例分配問題,還有若干結合西漢社會實際的算術雜題;盈不足章解決盈虧問題及可以用盈不足術解決的一般算術問題;方程章是線性方程組解法,並給出了正負數加減法則;勾股章由旁要發展而成,提出了勾股定理、解勾股形及若干測望問題的方法。全書以計算為中心,有90餘條抽象性算法、公式,246道例題及其解法,基本上採取算法統率應用問題的形式。它的許多成就居世界領先地位,奠定了此後中國數學居世界前列千餘年的基礎。 《九章》分類不甚合理,沒有任何定義和推導,少數公式不准確,個別公式有錯誤,則是不容諱言的缺點。 《九章》的框架、形式、風格和特點深刻影響了中國和東方的數學。

《九章算術》成書後,注家蜂起。 《漢書·藝文志》所載《許商算術》、《杜忠算術》(公元前1世紀)估計為研究《九章》的作品。東漢馬續、張衡、劉洪、鄭玄、徐岳、王粲等通曉《九章算術》,或為之作注。這些著作都未傳世,從後來劉徽(今山東鄒平人,生卒不詳)《九章算術注》所反映的信息看,這些研究基本上停留在歸納驗證《九章算術》的正確性方面,理論上未能在《九章》基礎上作出長足進步。
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