—— 记中国古代数学大家秦九韶
在重庆涪陵白鹤梁千年题刻所涉及的众多历史人物中,有一位至今仍被世界学界专家关注、具有世界级影响力、体现中国智慧的古代数学大家秦九韶。
秦九韶,字道古,祖籍鲁郡(今河南省范县)。南宋嘉定元年(1208年),生于普州安岳(今四川省安岳县)。他生活的正是金和蒙古军先后多次入侵,而南宋朝廷多次战败,每败纳贡即将灭亡的时代。其一生仕途常常不如意,生活总是颠沛流离,但在数学研究方面,持之以恒,结出了令当时及后世学界称赞的硕果。
秦九韶从小聪敏勤学,特别是其父秦季槱在京城临安任工部郎中和秘书少监的数年里,更加注重知识的积累。其父掌管图书,其下属机构设有主管天文历法机构的太史局,这使秦九韶有机会博览群书,学习天文历法、土木工程和数学等,还曾向隐居逃避尘世、学问深厚的 “隐君子”学习数学。
宝庆元年(1226年)正月,十八岁的秦九韶随父前往潼川途中,曾留住乌江与长江两江交汇、具有“川东门户”之称的涪州(今重庆市涪陵区)。在留住涪州期间,当时的涪州官员对秦九韶一家给予了热情接待。涪州郡守李瑞(字玉新)等涪州官员,特地陪同秦季槱及子秦九韶等人,游览江心的白鹤梁题刻观赏石鱼。于是,在保留至今的白鹤梁石刻中《瑞鳞古迹》题刻里,留有李瑞关于秦九韶一行8人游览白鹤梁的题记。其题记有 “(石鱼)阅八年不出,今方了然,大为丰年之详,此不可不书”的记载。白鹤梁上题刻的思想内容与书法艺术,特别是所承载的水文科学方面的价值,无不引起秦九韶的关注,这也对他之后的数学研究产生了积极影响。这段题记,也成为记录秦九韶一行留足白鹤梁的一段永恒的文字记载。
从淳祐四年(1244年)年至七年(1247年),解官离任在湖州为母丁忧的秦九韶,把学习生活中长期积累的数学知识和研究所得加以编辑整理,写成了闻名于世的巨著《数书九章》,并创造了“大衍求一术”。淳祐八年(1248年),秦九韶因为丰富的知识和成就曾受皇帝召见,在皇帝面前阐述自己的见解,并呈奏稿和数学研究成果《数书九章》。其著作《数书九章》后在《癸辛杂识续集》中称作《数学大略》,在《永乐大典》中称作《数书九章》。
全书九章十八卷,九章九类:“大衍类”“天时类”“田域类”“测望类”“赋役类”“钱谷类”“营建类”“军旅类”“市物类”,每类9题(9问),共计81题(81问)。该书内容丰富至极,上至天文、星象、历律、测候,下至河道、水利、建筑、运输,各种几何图形和体积,钱谷、赋役、市场、牙厘的计算和互易。许多计算方法和经验常数,直到现在仍有很高的参考价值和实践意义,被誉为“算中宝典”。
秦九韶所取得的数学成就,主要包括三斜求积术、正负开方术和大衍总数术。其三斜求积术即已知三角形三边求面积的公式,与古希腊的海伦公式等价;正负开方术是高次方程的数值解法,解决了数字高次方程有理数根和无理数根的近似值计算问题,被称为“秦九韶程序”;大衍总数术是解决一次同余问题的方法,西方将之称为“中国剩余定理”。同时,其高次方程的数值解法和一次同余式组解法,还代表了中世纪世界数学的最高水平。在近代数学和现代电子计算设计中,秦九韶的数学研究成就也起到了重要作用。在美国近现代著名科学史家萨顿(George Sarton,1884~1956年)看来,秦九韶是“他那个民族,他那个时代,并且确实也是所有时代最伟大的数学家之一”。
直至今天,不少学界专家在研究《数书九章》后,认为秦九韶不仅是一位伟大数学家,还是一位忧国忧民的爱国者。秦九韶的《数书九章》代表了中国古代数学的最高水平,其著作中表达的对数学的认识、显现的拳拳报国之志、提出的丰富的治国主张等都值得后世学习与借鉴。