隕落在梅州的一位馳名中外的古代數學巨星—南宋梅州知州秦九韶

隕落在梅州的一位馳名中外的古代數學巨星——南宋梅州知州秦九韶

有一位隕落在梅州、而梅州人還不大知曉的馳名中外的古代數學巨星——南宋數學家秦九韶,1261年被貶到梅州,1268年在梅州逝世。美國著名科學史家薩頓曾評價秦九韶是“那個民族,那個時代,並且確實也是所有時代偉大的數學家之一”。南宋景定二年(1261)六月,秦九韶廣東梅州知軍州事。南宋鹹淳四年(1268)二月,秦九韶在梅州治政六年多,得知朝廷為吳潛追復爵祿,了卻心中惦念的沉冤,在梅州辭世,時年六十一歲。

秦九韶(1208年-1268年),字道古,漢族,祖籍魯郡(今河南範縣),生於普州安嶽。是南宋官員、數學家,與李冶、楊輝、朱世傑並稱宋元數學四大家。精研星象、音律、算術、詩詞、弓劍、營造之學,歷任瓊州知府、司農丞,後遭貶,卒於梅州任所,1247年完成世界數學名著《數書九章》,其中的大衍求一術(一次同餘方程組問題的解法,也就是現在所稱的中國剩餘定理)、三斜求積術和秦九韶演算法(高次方程正根的數值求法)是有世界意義的重要貢獻,表述的一種求解一元高次多項式方程的數值解的演算法-正負開方術,即開高次方和解高次方程,領先英國霍納(1819年)五百餘年。

梅州是文化之鄉,中心城區自南齊建縣設定以來,一千多年裡更換了不知多少地方行政長官,正所謂“你方唱罷我登場”,來去中往往只留下冰冷的名字,躺在塵封的史志裡。這些官員中,只有政聲較為突出者才為後人銘記。

不過,歷史也有弔詭的一面,由於戰亂造成史料遺失,或者某種不為人知的原因,存在一些事功突出的牧守,竟然有被歷史遺忘的現象。以下兩位在王朝晚期擔任梅州地方行政長官的秦州牧,也遭遇了“歷史的湮沒”,亟待進一步鉤沉他們原來的歷史面貌。

作為南宋進士,秦九韶是繼祖沖之後中國又一位具有世界性影響的數學家。

2013年的一天,浙江大學的蔡天新教授悄然來到梅州,為的是搜尋一位有世界性影響的中國古代數學家在梅州的行跡,當蔡教授向記者打聽情況時,我脫口而出:“你要了解的數學家是秦九韶吧?”因為,前兩年香港中文大學研究員鄭海麟先生撰寫過介紹秦九韶的文章,與記者交流如何探尋這位南宋數學家在梅州的歷史。

被兩位學者關注的秦九韶的確不是一位簡單的歷史人物。這位南宋數學家著有《數書九章》,其中的大衍求一術和秦九韶演算法(數字高次方程的求正根法),據牛津大學著名數學教授馬科斯·紹代(Marcus Du Sautoy)的解釋,歐洲十九世紀的“霍納演算法”(Horner‘s Method)與秦九韶的“數字高次方程的求正根法”(Root extraction of higher-order polynomials)完全相同,堪稱開微積分先河的前驅,是有世界意義的重要貢獻。

1801年,數學王子高斯的名著《算術研究》(第2篇第7節)裡,也給出了上述“大衍求一術”,但他不知道中國的數學家早已經得出這個結論。直到1852年,秦九韶的結果和方法被英國傳教士偉烈亞力(與清代數學家李善蘭合作譯完歐幾里得《幾何原本》)譯介到歐洲,並被迅速從英文轉譯成德文和法文,引起了廣泛的關注。因而,秦九韶的發現被國際數學界命名為“中國剩餘定理”。

秦九韶也自稱魯郡人,據蔡天新教授考證,是因為秦九韶的祖籍是現在的河南範縣,該縣位處魯豫交界處,縣城有數百年設在山東莘縣境內。

1232年,秦九韶考中進士,先後在四川、湖北、安徽、江蘇、江西、廣東為官。1260年被貶官至梅州擔任知州,原因是主和派賈似道專權,抗元大臣吳潛遭貶逐,秦九韶向與吳潛關係密切,因而受到株連。他在梅州治政不輟,於1261年卒於梅州任所。

美國科學史家薩頓認為,秦九韶是“他那個民族,他那個時代,並且確實也是所有時代最偉大的數學家之一。”但由於《宋史》沒有秦九韶的傳記,後人瞭解秦九韶的歷史主要是依靠同時代人周密的《癸辛雜識》和詞人劉克莊的一篇文章。不幸的是,兩人都把秦九韶描繪為品德有虧的人物,特別是晚年依附賈似道的劉克莊,指斥秦九韶:貪贓枉法、生活無度,甚至犯有人命、非復人類。

但蔡天新認為,一位在戰亂中長途跋涉仍不忘鑽研數學,在數學著作序文裡針砭時弊的數學家,能說出“納糧上稅,要看等級;糧食入庫,要看時節。一粒粒粟,一寸寸絲, 都是男女勞動所得。”反映這是一位有思想有品味的人,與傳言中的秦九韶實難相符。

秦九韶生前曾在杭州西溪上建了一座橋,元初的數學家朱世傑將它起名“道古橋”,以資紀念。2000年,橋因城市建設被填平,不過2012年,杭州黃龍商務區天目山路北側沿山河畔,一座新的“道古橋”在蔡天新提議下複名,橋名由著名數學家、中科院院士王元題寫。一代數學奇才魂兮歸來!

秦九韶的數學成就及對世界數學的貢獻主要表現在以下方面:

1、秦九韶的《數書九章》是一部劃時代的鉅著。

秦九韶潛心研究數學多年,在湖州守孝三年,所寫成的世界數學名著《數學九章》,《癸辛雜識續集》稱作《數學大略》,《永樂大典》稱作《數學九章》。全書九章十八卷,九章九類:“大衍類”、“天時類”、“田域類”、“測望類”、“賦役類”、“錢穀類”、“營建類”、“軍旅類”、“市物類”,每類9題(9問)共計81題(81問),該書內容豐富至極,上至天文、星象、歷律、測候,下至河道、水利、建築、運輸,各種幾何圖形和體積,錢穀、賦役、市場、牙釐的計算和互易。許多計算方法和經驗常數直到現在仍有很高的參考價值和實踐意義,被譽為“算中寶典”。該書著述方式,大多由“問曰”、“答曰”、“術曰”、“草曰”四部分組成:“問曰”,是從實際生活中提出問題;“答曰”,給出答案;“術曰”,闡述解題原理與步驟;“草曰”,給出詳細的解題過程。此書已為國內外科學史界公認的一部世界數學名著。此書不僅代表著當時中國數學的先進水平,也標誌著中世紀世界數學的最高水平。天仙影院網國數學史家梁宗巨評價道:“秦九韶的《數書九章》(1247年)是一部劃時代的鉅著,內容豐富,精湛絕倫。特別是大衍求一術(不定方程的中國獨特解法)及高次代數方程的數值解法,在世界數學史上佔有崇高的地位。那時歐洲漫長的黑夜猶未結束,中國人的創造卻像旭日一般在東方發出萬丈光芒。”

2、秦九韶的“大衍求一術”,領先高斯554年,被康托爾稱為“最幸運的天才”。

秦九韶所發明的“大衍求一術”,即現代數論中一次同餘式組解法,是中世紀世界數學的最高成就,比西方1801年著名數學家高斯(Gauss,1777—1855年)建立的同餘理論早554年,被西方稱為“中國剩餘定理”。秦九韶不僅為中國贏得無尚榮譽,也為世界數學作出了傑出貢獻。

3、秦九韶的任意次方程的數值解領先霍納572年。

秦九韶在《數書九章》中除“大衍求一術”外,還創擬了正負開方術,即任意高次方程的數值解法,也是中世紀世界數學的最高成就,秦九韶所發明的此項成果比1819年英國人霍納(W·G·Horner,1786—1837年)的同樣解法早572年。秦九韶的正負方術,列算式時,提出“商常為正,實常為負,從常為正,益常為負”的原則,純用代數加法,給出統一的運算規律,並且擴充到任何高次方程中去。

此外,秦九韶還改進了一次方程組的解法,用互乘對減法消元,與現今的加減消元法完全一致;同時秦九韶又給出了籌算的草式,可使它擴充到一般線性方程中的解法。在歐洲最早是1559年布丟(Buteo,約1490—1570年,法國)給出的,天仙影院網開始用不很完整的加減消元法解一次方程組,比秦九韶晚了312年,且理論上的不完整也遜於秦九韶。

秦九韶還創用了“三斜求積術”等,給出了已知三角形三邊求三角形面積公式,與海倫(Heron,公元50年前後)公式完全一致。秦九韶還給出一些經驗常數,如築土問題中的“堅三穿四壤五,粟率五十,牆法半之”等,即使對現在仍有現實意義。秦九韶還在十八卷77問“推計互易”中給出了配分比例和連鎖比例的混合命題的巧妙且一般的運算方法,至今仍有意義。

隕落在梅州的一位馳名中外的古代數學巨星—南宋梅州知州秦九韶

由科學出版社出版的《科學大師人生系列·中世紀數學泰斗秦九韶》圖書封面

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