秦九韶生平及其数学成就
2024年01月25日 10:11 来源:《中国社会科学报》2024年1月25日第2823期 作者:朱一文

  13世纪是中国传统筹算数学发展的顶峰,在列方程、解方程、数学文本化和符号化方面均取得了划时代的成就。在诸多璀璨的算学明星之中,秦九韶无疑是十分突出的一位,秦氏著作《数书九章》也被学界公认为在中国数学史上可以与《九章算术》相媲美的名篇。

  秦九韶,字道古,宋代四川人。嘉定元年(1208)三月出生于普州(今四川安岳),咸淳四年(1268)三月卒于广东梅州。按秦氏《数书九章》自序云:“早岁侍亲中都,因得访习于太史,又尝从隐君子受数学。”九韶的父亲秦季槱是宋朝官员,一度在京城为官,九韶陪伴左右,得以向太史学习。古之太史不仅记人事,更需通历法。秦氏《数书九章》记载中最重要的数学成就——大衍总数术(即今所谓“中国剩余定理”)实来自于太史。按钱宝琮先生(1892—1974)的研究,自汉代起中国的历算家求解上元(即历法之起点),就需要求解同余方程组。李继闵先生(1938—1993)通过研究指出,历算家求解上元用的是大衍总数术之核心程序,即大衍求一术,而非总术。秦九韶自序又云:“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。” 所谓方程,按今天的话说就是解线性方程组(载于《九章算术》),故此处秦氏指出历家误把大衍作方程。因此,学界一度相信秦之所云,把方程与大衍区分开来。笔者近年来根据原始文献重新审视方程发现,《九章算术》方程确实可以用来求解上元,因此历家所云不误。秦氏为了凸显其个人贡献,改进历家方程之后,将其改名为大衍。这一做法实际打破了上元算法仅在师徒间传授、用而不书的潜规则。

  所谓大衍,其名实际来自《周易》筮法“大衍之数五十,其用四十有九”。按秦九韶自序云:“圣有大衍,微寓于《易》。”《数书九章》第一问“蓍卦发微”即以大衍总数术解《周易》大衍筮法。秦氏主要生活于宋理宗时代,其时道学盛行,秦氏亦受此风气影响,欲以算学攀附易学。总之,秦氏从太史处习得历家之方程,并将之改进;又为了附会《周易》,改名为大衍,更进一步以算筹当蓍草,以大衍注解《周易》。秦氏天分极高,其“蓍卦发微”问设计极为巧妙(大衍总数术为此问之答案之一),但仍漏出了编造之印记(即所谓一一数之得数若干,答数既得,之后又何必求之)。故清四库馆臣直云:“(秦九韶)欲以新术改《周易》揲蓍之法,殊乖古义。”

  秦九韶的目的就是把算学“进之于道”。按秦氏自序云:“际时狄患,历岁遥塞,不自意全于矢石间,尝险罹忧,荏苒十禩。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。” 按严敦杰先生(1917—1988)的考证,宋理宗端平二年(1235)蒙古人攻蜀,“狄患”即指此。由端平二年至淳祐七年的十余年间,秦氏有几项低阶官位的任职,遂“心槁气落”,但这也是其积累数学知识的重要时期。淳祐四年(1244),朝廷征召民间人士改历;同年,秦母去世,九韶丁母忧回湖州守孝。在此期间,秦氏“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”,由此在淳祐七年完成了《数书九章》。该书完成后第二年,宋廷再次征召民间人士改历,九韶“以历学荐于朝,得对,有奏稿及所述《数学大略》”(宋周密语)。因此,很可能秦氏将《数书九章》中与天文历算有关的部分(即前两类“大衍”与“天时”)作为奏稿进之于朝廷。遗憾的是,从《宋史·律历志》对开禧历(秦氏之所学实为开禧历)之后的记载中很难看出秦九韶的影响。不过秦氏甚会推广,时人藏书家陈振孙曾与其有当面交流,对之历法水平甚为赞服,云“秦博学多能,尤遂历法。凡近世诸历,皆传于秦。所言得失,亦悉著其语云”。

  秦九韶完成《数书九章》之时,“立术具草,间以图发之”,未曾预料到这实为其在数学上最大之成就。秦氏先以筹码表达数字,进而在算图中以线条连接数字表达运算。笔者按秦书赵钞本算图之中726根连线分析,总计700根连线用以表达加减乘除运算,而其中超过90%有统一的书写规则,即单波浪线连接两数之首尾,表乘法;单虚线连接两数的首尾,表除法;双实线连接两数的尾尾,表加法;单实线连接两数的尾尾,表减法。由此,秦氏实际建立起中国数学的一套加减乘除符号。从世界数学史的角度来看,数学的符号化和文本化是古代数学通向现代数学的必经之路(如西方在文艺复兴时期完成了符号化进程),因此秦氏所为,实际开启了中国数学向现代数学转变的伟大历程。

  与秦九韶同时代的刘克庄(1187—1269)《缴秦九韶知临江军奏状》云秦氏“暴如虎狼,毒如蛇蝎”,又云“其人不孝不义不仁不廉”,稍晚的周密谓之 “喜奢好大,嗜进谋身”。这些对秦氏人品负面的评价一直流传至今,故学术界一直认为,对秦氏要把学问和人品分开来看。近年来,郭书春先生多次撰文,认为刘克庄、周密与秦九韶实际是政敌,其言论不足为信;继而以秦氏《数书九章》自序的九段系文为证,说明秦氏实际上是爱国爱民、主张施行仁政的算学家。但是,既然刘、周之言论不可信,那秦氏自论又何以可信?钱宝琮认为刘克庄所论“都有事实可举,并不是空言诬蔑”,笔者认为此说较为公允。实际上,秦氏生平事迹与数学成就无关的部分并不是学界关注的重点,而从其改方程为大衍、以方程解《周易》,又以之进于朝廷来看,确实可谓“喜奢好大,嗜进谋身”。秦氏超强的进取心用在科学研究上,固然是好的,但将之用于其他方面,引起非议亦恐难避免。因此,笔者认为,对秦氏人品好坏的讨论应转变为对其性格特征的刻画,方是这一议题今后讨论之应有方向。

  (作者系中山大学哲学系暨逻辑与认知研究所教授)

 

责任编辑:崔博涵
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