《九章算術(shù)》的內(nèi)容十分豐富,全書(shū)采用問(wèn)題集的形式,收有246個(gè)與生產(chǎn)、 《九章算術(shù)》
生活實(shí)踐有聯(lián)系的應(yīng)用問(wèn)題,其中每道題有問(wèn)(題目)、答(答案)、術(shù)(解題的步驟,但沒(méi)有證明),有的是一題一術(shù),有的是多題一術(shù)或一題多術(shù)。這些問(wèn)題依照性質(zhì)和解法分別隸屬于方田、粟米、衰(音cui)分、少?gòu)V、商功、均輸、盈不足、方程及勾股九章如下所示。原作有插圖,今傳本已只剩下正文了。 《九章算術(shù)》共收有246個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題,分為九章、它們的主要內(nèi)容分別是: 第一章“方田”:田畝面積計(jì)算;提出了各種多邊形、圓、弓形等的面積公式;分?jǐn)?shù)的通分、約分和加減乘除四則運(yùn)算的完整法則。后者比歐洲早1400多年。 第二章“粟米”:谷物糧食的按比例折換;提出比例算法,稱為今有術(shù);衰分章提出比例分配法則,稱為衰分術(shù); 第三章“衰分”:比例分配問(wèn)題;介紹了開(kāi)平方、開(kāi)立方的方法,其程序與現(xiàn)今程序基本一致。這是世界上最早的多位數(shù)和分?jǐn)?shù)開(kāi)方法則。它奠定了中國(guó)在高次方程數(shù)值解法方面長(zhǎng)期領(lǐng)先世界的基礎(chǔ)。 第四章“少?gòu)V”:已知面積、體積,反求其一邊長(zhǎng)和徑長(zhǎng)等; 第五章“商功”:土石工程、體積計(jì)算;除給出了各種立體體積公式外,還有工程分配方法; 第六章“均輸”:合理攤派賦稅;用衰分術(shù)解決賦役的合理負(fù)擔(dān)問(wèn)題。今有術(shù)、衰分術(shù)及其應(yīng)用方法,構(gòu)成了包括今天正、反比例、比例分配、復(fù)比例、連鎖比例在內(nèi)的整套比例理論。西方直到15世紀(jì)末以后才形成類似的全套方法。 第七章“盈不足”:即雙設(shè)法問(wèn)題;提出了盈不足、盈適足和不足適足、兩盈和兩不足三種類型的盈虧問(wèn)題,以及若干可以通過(guò)兩次假設(shè)化為盈不足問(wèn)題的一般問(wèn)題的解法。這也是處于世界領(lǐng)先地位的成果,傳到西方后,影響極大。 第八章“方程”:一次方程組問(wèn)題;采用分離系數(shù)的方法表示線性方程組, 勾股定理求解
相當(dāng)于現(xiàn)在的矩陣;解線性方程組時(shí)使用的直除法,與矩陣的初等變換一致。這是世界上最早的完整的線性方程組的解法。在西方,直到17世紀(jì)才由萊布尼茲提出完整的線性方程的解法法則。這一章還引進(jìn)和使用了負(fù)數(shù),并提出了正負(fù)術(shù)——正負(fù)數(shù)的加減法則,與現(xiàn)今代數(shù)中法則完全相同;解線性方程組時(shí)實(shí)際還施行了正負(fù)數(shù)的乘除法。這是世界數(shù)學(xué)史上一項(xiàng)重大的成就,第一次突破了正數(shù)的范圍,擴(kuò)展了數(shù)系。外國(guó)則到7世紀(jì)印度的婆羅摩及多才認(rèn)識(shí)負(fù)數(shù)。 第九章“勾股”:利用勾股定理求解的各種問(wèn)題。其中的絕大多數(shù)內(nèi)容是與當(dāng)時(shí)的社會(huì)生活密切相關(guān)的。提出了勾股數(shù)問(wèn)題的通解公式:若a、b、c分別是勾股形的勾、股、弦,則,m>n。在西方,畢達(dá)哥拉斯、歐幾里得等僅得到了這個(gè)公式的幾種特殊情況,直到3世紀(jì)的丟番圖才取得相近的結(jié)果,這已比《九章算術(shù)》晚約3個(gè)世紀(jì)了。勾股章還有些內(nèi)容,在西方卻還是近代的事。例如勾股章最后一題給出的一組公式,在國(guó)外到19世紀(jì)末才由美國(guó)的數(shù)論學(xué)家迪克森得出。
主要特點(diǎn)
《九章算術(shù)》確定了中國(guó)古代數(shù)學(xué)的框架,以計(jì)算為中心的特點(diǎn),密切聯(lián)系實(shí)際,以解決人們生產(chǎn)、生活中的數(shù)學(xué)問(wèn)題為目的的風(fēng)格。其影響之深,以致以后中國(guó)數(shù)學(xué)著作大體采取兩種形式:或?yàn)橹髯ⅲ蚍缕?/font>體例著書(shū);甚至西算傳入中國(guó)之后,人們著書(shū)立說(shuō)時(shí)還常常把包括西算在內(nèi) 《九章算術(shù)》
的數(shù)學(xué)知識(shí)納入九章的框架。 然而,《九章算術(shù)》亦有其不容忽視的缺點(diǎn):沒(méi)有任何數(shù)學(xué)概念的定義,也沒(méi)有給出任何推導(dǎo)和證明。魏景元四年(263年),劉徽給《九章算術(shù)》作注,才大大彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷。 劉徽是中國(guó)數(shù)學(xué)家之一。他的生平現(xiàn)在知之甚少。據(jù)考證,他是山東鄒平人。劉徽定義了若干數(shù)學(xué)概念,全面論證了《九章算術(shù)》的公式解法,提出了許多重要的思想、方法和命題,他在數(shù)學(xué)理論方面成績(jī)斐然。 劉徽對(duì)數(shù)學(xué)概念的定義抽象而嚴(yán)謹(jǐn)。他揭示了概念的本質(zhì),基本符合現(xiàn)代邏輯學(xué)和數(shù)學(xué)對(duì)概念定義的要求。而且他使用概念時(shí)亦保持了其同一性。如他提出凡數(shù)相與者謂之率,把率定義為數(shù)量的相互關(guān)系。又如他把正負(fù)數(shù)定義為今兩算得失相反,要令正負(fù)以名之,擺脫了正為余,負(fù)為欠的原始觀念,從本質(zhì)上揭示了正負(fù)數(shù)得失相反的相對(duì)關(guān)系。 《九章算術(shù)》的算法盡管抽象,但相互關(guān)系不明顯,顯得零亂。劉徽大大發(fā)展深化了中算中久已使用的率概念和齊同原理,把它們看作運(yùn)算的綱紀(jì)。許多問(wèn)題,只要找出其中的各種率關(guān)系,通過(guò)乘以散之,約以聚之,齊同以通之,都可以歸結(jié)為今有術(shù)求解。 一平面(或立體)圖形經(jīng)過(guò)平移或旋轉(zhuǎn),其面積(或體積)不變。把一個(gè)平面(或立體)圖形分解成若干部分,各部分面積(或體積)之和與原圖形面積(或體積)相等?;谶@兩條不言自明的前提的出入相補(bǔ)原理,是中國(guó)古代數(shù)學(xué)進(jìn)行幾何推演和證明時(shí)最常用的原理。劉徽發(fā)展了出入相補(bǔ)原理,成功地證明了許多面積、體積以及可以化為面積、體積問(wèn)題的勾股、開(kāi)方的公式和算法的正確性。
數(shù)學(xué)成就
《九章算術(shù)》中的數(shù)學(xué)成就是多方面的: (1)、在算術(shù)方面的主要成就有分?jǐn)?shù)運(yùn)算、比例問(wèn)題和“盈不足”算法?!毒耪滤阈g(shù)》是世界上最早系統(tǒng)敘述了分?jǐn)?shù)運(yùn)算的著作,在第二、三、六章中有許多比例問(wèn)題,在世界上也是比較早的。“盈不足”算法需要給出兩次假設(shè),是一項(xiàng)創(chuàng)造,中世紀(jì)歐洲稱它為“雙設(shè)法”,有人認(rèn)為它是由中國(guó)經(jīng)中世紀(jì)阿拉伯國(guó)家傳去的. (2)、在幾何方面,主要是面積、體積計(jì)算。 (3)、在代數(shù)方面,主要有一次方程組解法、平方、立方、一般二次方程解法等?!胺匠獭币徽逻€在世界數(shù)學(xué)史上首次引入了負(fù)數(shù)及其加減法運(yùn)算法則.作為一部世界科學(xué)名著,《九章算術(shù)》在隋唐時(shí)期就已傳入朝鮮、日本。現(xiàn)在它已被譯成日、俄、德、英、法等多種文字。 《九章算術(shù)方程》章共18問(wèn),全都是一次方程組問(wèn)題,未知數(shù)最多時(shí)可達(dá)五個(gè)。其解法,首先以豎行用算籌列出各方程的系數(shù),如“方程”章第一題,它相當(dāng)于求解: 《九章算術(shù)》
3x+2+=39,(1) 2x+3+=34,(2) x+2+3=26。(3) 列出的籌式如 123 232 311 263439 [3][2][1], 豎行[1]、[2]、[3],即相當(dāng)于上面的式(1)、(2)、(3)。其消元方法就是令左右行連續(xù)相減(如以3乘[2]再連續(xù)減[1]即可消去x項(xiàng)系數(shù))?!俺獭笔侵浮坝?jì)算”、“方”是指這樣列出的籌式是方形的,這才是“方程”這一數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)的原意?!毒耪滤阈g(shù)》中的這項(xiàng)成果,比世界其它國(guó)家和地區(qū)的同類成果要早很多年?!胺匠獭闭逻€在世界數(shù)學(xué)史上首次引入了負(fù)數(shù)及其加減法運(yùn)算法則。 在《九章算術(shù)》中,開(kāi)平方和開(kāi)立方時(shí)所列籌式以及演算過(guò)程,其意義和求解x=、x=的數(shù)值解法是相同的。這樣,在開(kāi)平方的過(guò)程中便可很自然地引出一般二次方程的解法。由此出發(fā),更開(kāi)宋元時(shí)期高次方程數(shù)值解法的先聲。
歷史考證
現(xiàn)傳本《九章算術(shù)》成書(shū)于何時(shí),目前眾說(shuō)紛紜,多數(shù)認(rèn)為在西漢末到東漢初之間,約公元一世紀(jì)前后,《九章算術(shù)》的作者不詳。很可能是在成書(shū)前一段歷史時(shí)期內(nèi)通過(guò)多人之手逐次整理、修改、補(bǔ)充而成的集體創(chuàng)作結(jié)晶。由于二千年來(lái)經(jīng)過(guò)輾轉(zhuǎn)手抄、刻印,難免會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)和遺漏,加上《九章算術(shù)》文字簡(jiǎn)略有些內(nèi)容不易理解,因此歷史上有過(guò)多次校正和注釋。 關(guān)于對(duì)《九章算術(shù)》所做的校注主要有:西漢張蒼增訂、刪補(bǔ),三國(guó)時(shí)曹魏劉徽注,唐李淳風(fēng)注,南宋楊輝著《詳解九章算法》選用《九章算術(shù)》中80道典型的題作過(guò)詳解并分類,清李潢(?~1811年)所著《九章算術(shù)細(xì)草圖說(shuō)》對(duì)《九章算術(shù)》進(jìn)行了校訂、列算草、補(bǔ)插圖、加說(shuō)明,尤其是圖文并茂之作?,F(xiàn)代錢(qián)寶琮(1892~1974年)曾對(duì)包括《九章算術(shù)》在內(nèi)的《算經(jīng)十書(shū)》進(jìn)行了校點(diǎn),用通俗語(yǔ)言、近代數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)對(duì)《九章算術(shù)》及劉、李注文詳加注釋。80年代以來(lái),今人白尚恕、郭書(shū)春、李繼閔等都有校注本出版。
后世影響
《九章算術(shù)》是世界上最早系統(tǒng)敘述了分?jǐn)?shù)運(yùn)算的著作;其中盈不足的算法更是一項(xiàng)令人驚奇的創(chuàng)造;“方程”章還在世界數(shù)學(xué)史上首次闡述了負(fù)數(shù)及其加減運(yùn)算法則。在代數(shù)方面,《九章算術(shù)》在世界數(shù)學(xué)史上最早提出負(fù)數(shù)概念及正負(fù)數(shù)加減法法則;現(xiàn)在中學(xué)講授的線性方程組的解法和《九章算術(shù)》介紹的方法大體相同。注重實(shí)際應(yīng)用是《九章算術(shù)》的一個(gè)顯著特點(diǎn)。該書(shū)的一些知識(shí)還傳播至印度和阿拉伯,甚至經(jīng)過(guò)這些地區(qū)遠(yuǎn)至歐洲。 《九章算術(shù)》是幾代人共同勞動(dòng)的結(jié)晶,它的出現(xiàn)標(biāo)志著中國(guó)古代數(shù)學(xué)體系的形成.后世的數(shù)學(xué)家,大都是從《九章算術(shù)》開(kāi)始學(xué)習(xí)和研究數(shù)學(xué)知識(shí)的。唐宋兩代都由國(guó)家明令規(guī)定為教科書(shū)。1084年由當(dāng)時(shí)的北宋朝廷進(jìn)行刊刻,這是世界上最早的印刷本數(shù)學(xué)書(shū)。 所以,《九章算術(shù)》是中國(guó)為數(shù)學(xué)發(fā)展做出的一杰出貢獻(xiàn)。
歷史影響
現(xiàn)傳本《九章算術(shù)》成書(shū)于何時(shí), 目前眾說(shuō)紛紜,多數(shù) 祖沖之
認(rèn)為在西漢末到東漢初之間,約公元一世紀(jì)前后,《九章算術(shù)》的作者不詳。很可能是在成書(shū)前一段歷史時(shí)期內(nèi)通過(guò)多人之手逐次整理、修改、補(bǔ)充而成的集體創(chuàng)作結(jié)晶。由于二千年來(lái)經(jīng)過(guò)輾轉(zhuǎn)手抄、刻印,難免會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)和遺漏,加上《九章算術(shù)》文字簡(jiǎn)略有些內(nèi)容不易理解,因此歷史上有過(guò)多次校正和注釋。 關(guān)于對(duì)《九章算術(shù)》所做的注住要有:三國(guó)時(shí)曹魏劉徽注,唐朝李淳風(fēng)注,南宋楊輝著《詳解九章算法》選用《九章算術(shù)》中80道典型的題作過(guò)詳解并分類,清李潢(?~1811年)所著《九章算術(shù)細(xì)草圖說(shuō)》對(duì)《九章算術(shù)》進(jìn)行了校訂、列算草、補(bǔ)插圖、加說(shuō)明,尤其是圖文并茂之作?,F(xiàn)代錢(qián)寶琮(1892~1974年)曾對(duì)包括《九章算術(shù)》在內(nèi)的《算經(jīng)十書(shū)》進(jìn)行了校點(diǎn),用通俗語(yǔ)言、近代數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)對(duì)《九章算術(shù)》及劉、李注文詳加注釋。80年代以來(lái),今人白尚恕、郭書(shū)春、李繼閔等都有校注本出版。 《九章算術(shù)》是世界上最早系統(tǒng)敘述了分?jǐn)?shù)運(yùn)算的著作;其中盈不足的算法更是一項(xiàng)令人驚奇的創(chuàng)造;“方程”章還在世界數(shù)學(xué)史上首次闡述了負(fù)數(shù)及其加減運(yùn)算法則。在代數(shù)方面,《九章算術(shù)》在世界數(shù)學(xué)史上最早提出負(fù)數(shù)概念及正負(fù)數(shù)加減法法則;現(xiàn)在中學(xué)講授的線性方程組的解法和《九章算術(shù)》介紹的方法大體相同。注重實(shí)際應(yīng)用是《九章算術(shù)》的一個(gè)顯著特點(diǎn)。該書(shū)的一些知識(shí)還傳播至印度和阿拉伯,甚至經(jīng)過(guò)這些地區(qū)遠(yuǎn)至歐洲。 《九章算術(shù)》是幾代人共同勞動(dòng)的結(jié)晶,它的出現(xiàn)標(biāo)志著中國(guó)古代數(shù)學(xué)體系的形成.后世的數(shù)學(xué)家,大都是從《九章算術(shù)》開(kāi)始學(xué)習(xí)和研究數(shù)學(xué)知識(shí)的。唐宋兩代都由國(guó)家明令規(guī)定為教科書(shū)。1084年由當(dāng)時(shí)的北宋朝廷進(jìn)行刊刻,這是世界上最早的印刷本數(shù)學(xué)書(shū)??梢哉f(shuō),《九章算術(shù)》是中國(guó)為數(shù)學(xué)發(fā)展做出的又一杰出貢獻(xiàn)。
本站僅提供存儲(chǔ)服務(wù),所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布,如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容,請(qǐng)
點(diǎn)擊舉報(bào)。