朱世杰是哪个朝代(朱世杰的著作)
今天我们要讲的,是宋代的两位一直生活在北方的数学家——李冶和朱世杰。接下来,就让我们走进这两位数学家,看看他们身上都有着怎样的故事,又是如何影响数学史的发展历程的。
李冶,1192年出生在真定栾城,原名李治,与唐高宗的名字相同,但那个时代,平民和古代帝王同名是很不妥当的,于是李治就将自己的名字减去了一个点,改名叫李冶。
李冶的父亲李通是大兴府的推官,是位博学多才的学者,为人正直,又十分好学。受父亲的影响,李冶从小就非常喜爱读书,认为学问比财富更可贵,父亲曾经对他说过,“积财千万,不如薄技在身”,李冶将这句话牢记在心,作为自己的座右铭。
李冶在青少年时期,对数学、文学都很感兴趣,文章也写得好,曾经在一个晚上完成了好几篇墓志铭,字迹清秀、文笔流畅、用词得体,几乎挑不出一点毛病,因此被乡亲们称为神童。
李冶出生的时候,金朝正由盛而衰,蒙古军队加紧向金朝进攻,腐朽的金朝内已潜伏着亡国的危机。1232年,蒙古入侵中原,此时李冶已经高中进士,在钧州当官,钧州城被蒙古军队攻破后。李冶不愿投降,换上平民服装,北渡黄河避难。
1234年初,金朝被蒙古所灭,李冶感到政事已无可为,于是潜心学问,定居于山西崞县的桐川。这是他一生的重要转折点,将近50年的学术生涯由此开始。他在桐川的工作条件十分艰苦,不仅居室狭小,而且常常不得温饱,要为衣食而奔波,但他却不以为意,从不间断自己的研究工作。
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在各种学问中,李冶最感兴趣的还是数学。当时,数学排在六艺的最末位,被读书人视作“贱技”,不值得研究,李冶却认为数学是在生产和生活中最实用的技术,潜心研究数学数十年。
李冶在桐川进行的数学研究,是以天元术为主攻方向的。天元术,指的是用数学符号来列方程。
天元术并非李冶首创,早在汉代的《九章算术》书中,就已经有关于用文字叙述的方法建立二次方程的记载,但没有明确的未知数概念。到唐代,人们已经能列出三次方程,但仍然是用文字叙述的,并未掌握列方程的一般方法。北宋年间,造纸术与印刷术的突飞猛进,为数学发展创造了条件,贾宪、刘益等人,解决了求高次方程正根的问题。
随着数学问题日益复杂,人们迫切需要一种更普遍的建立方程的方法,天元术便在北宋应运而生了。
但直到李冶之前,天元术还是比较幼稚的,记号混乱、复杂,演算烦琐,比如李冶在山东东平得到的一本讲天元术的算书,还不懂得用统一符号表示未知数的不同次幂。
当时北方出了不少算书,包括《铃经》、《照胆》、《如积释锁》、《复轨》等,特别值得一提的是《洞渊算书》,书中讲了不少求直角三角形内切圆、外切圆、旁切圆直径的方法。
李冶受此启发,把勾股容圆问题作为一个系统来研究,讨论了在各种条件下用天元术求圆径的问题,写成《测圆海镜》十二卷,这是他一生中的最大成就。只可惜,李冶在生前未能看到这部作品出版,直到李冶死后三年,《测圆海镜》才终于出版。
以前,人们认为方程的常数项是表示面积、体积等几何量的,因此只能为正,而李冶认识到常数可以有纯代数意义。
他在前人的基础上,将天元术改进成一种更简便而实用的方法。他用“天元一”来代表未知数,“立天元一为某某”,这就相当于今天的“设x为某某”。
从此,二次方不必代表面积,三次方也不代表体积,常数项可正可负,困扰中国数学1000多年的任意n次代数方程的表达就变得非常容易了。
李冶还引进记号○来代替空位,使得传统的十进制有了完整的数字体系,又发明了负号和一套相当简便的小数记法,为数学计算提供了方便,促进了数学发展。
李冶在桐川潜心研究数十年,除了在数学方面做出了巨大贡献外,同时也是一位著名的文学家,与好友元好问并称“元李”。文风严谨,认为写文章应当立足实际,但也要善于联想,不应当穿凿附会,无中生有。
李冶以自己的毕生心血,在中国科学史上写下了光辉灿烂的一页,哪怕李冶去世了,他对数学的贡献却还在继续,后世的数学家吸收了李冶的天元术,经二元术、三元术,发展为四元术,解决了四元高次方程组的建立和求解问题,这些代数成就达到了当时世界上的最高水平。
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说完了李冶,我们来说说宋元时代最大的数学家——朱世杰。
由于朱世杰没有做过官,所以我们对他的身世并不十分了解,只知道他出生在北京附近,自幼聪明好学,尤其喜爱算术,不到十岁时,就能熟练运用算筹进行四则运算。稍大一些,他便拜师学习,常把父母给的零用钱积攒起来,购买各种算书。
朱世杰处于中国传统数学发展的鼎盛时期,当时,南、北方数学全面繁荣发展,南方以秦九韶、杨辉为代表,在高次方程解法、同余式组解法方面取得巨大成就。北方则以研究天元术为主,出现了天元术大师李冶。但由于南北对峙,南北之间的学术交往几乎是断绝的,南方的数学家对北方的天元术毫无所知,而北方的数学家也很少受到南方的影响。
年轻的朱世杰很难读到南方的数学书,因此只能搜集北方各家的算书,认真钻研,进行比较,他特别推崇李冶的《测圆海镜》,将这本书称为“第一奇书”。到13世纪70年代,他已经和李冶一样,成为北方的数学名家了。不少人远道而来,拜朱世杰为师,向他学习数学。
1729年,南宋灭亡,元统一中国,朱世杰以数学家的身份周游各地20余年,全面继承了前人的数学成果,既吸收了北方的天元术,又吸收了南方的正负开方术、各种日用算法及通俗歌诀,在此基础上进行了创造性的研究,写成了被称为“算家之总要”和“次第最为谨严”的《算学启蒙》,以及代表宋元数学最高成就的《四元玉鉴》。
《算学启蒙》是一部通俗数学名著,从一位数乘法开始,由浅入深,一直讲到当时的最新数学成果――天元术,形成一个完整的体系。书中明确提出正负数乘法法则,给出倒数的概念和基本性质,概括出若干新的乘法公式和根式运算法则,总结了若干乘除捷算口诀,并把设辅助未知数的方法用于解线性方程组。《算学启蒙》出版后不久,就流传海外,影响了朝鲜、日本数学的发展。
《四元玉鉴》则是中国宋元数学高峰的又一个标志,受到近代数学史研究者的高度评价,被认为是中国古代数学科学著作中最重要、最有贡献的一部数学名著。
其中最杰出的数学创作有四元术、垛积法与招差术。
四元术指的是四元高次方程组的建立和求解方法,是天元术的推广,以天、地、人、物四元表示四元高次方程组,将多元高次方程组依次消元,最后只余下一个未知数,从而解决整个方程组。早于法国数学家别朱于1775年才系统提出的消元法近五百年,领先于世界,是我国数学史上的光辉成就之一。
垛积术指的是高阶等差数列求和,朱世杰在杨辉的基础上依次研究了二阶、三阶、四阶和五阶等差级数求和问题,从而发现规律,得到了这一类任意高阶等差级数求和问题的系统、普遍的解法。利用朱世杰的公式,不管是几阶的等差级数,都可以很容易地求出和来。这是级数理论的一大突破。
朱世杰还把三角垛公式引用到“招差术”中,指出招差公式中的系数恰好依次是各三角垛的积,这样就得到了包含有四次差的招差公式。他还把这个招差公式推广为包含任意高次差的招差公式,这在世界数学史上是第一次,比欧洲牛顿的同样成就要早近4个世纪。
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朱世杰不仅是一名杰出的数学家,还是一位数学教育家,曾周游四方各地,学子众多,桃李满天下。
朱世杰全面地继承了李冶、秦九韶、杨辉等各大数学家的成就,加以创造性地发展,取得了与他同时代的人无可比拟的杰出成就。朱世杰的《四元玉鉴》不仅是宋元数学的代表,更是世界古代数学宝库中不可多得的珍品。
美国已故的著名科学史家萨顿这样评价朱世杰:“朱世杰是中华民族的、他所生活的时代的、同时也是贯穿古今的一位最杰出的数学科学家。”“《四元玉鉴》是中国数学著作中最重要的,同时也是中世纪最杰出的数学著作之一。它是世界数学宝库中不可多得的瑰宝。”
朱世杰的命运比李冶好,他不仅看到了他为之呕心沥血的《算学启蒙》和《四元玉鉴》的出版,还看到了读者争相买书的盛况。不管是社会名流,还是年轻学子,都为他的思想深刻及敏捷所倾倒。
如果把诸多数学家比作群山,朱世杰就是最高大、最雄伟的那座山峰,站在他的高度俯瞰传统数学,会产生“会当凌绝顶,一览众山小”的感觉。
可惜的是,元中叶之后,中国数学急剧衰落,《四元玉鉴》之后,元朝再无高深的数学著作出现,元末的几部著作只是对乘除捷算法有所改进。
到了明朝,虽然农、工、商业仍在发展,《几何原本》等西方典籍也传入了中国,但八股取士以及文字狱的兴起,人们的思想被严重禁锢,学者们很少留心数学,导致明朝的数学水平远低于宋元,明代数学大家,竟然看不懂天元术和增乘开方法。汉唐宋元的数学著作不仅没有新的刻本,反而大多失传。
直到清朝后期,才出了一个李善兰,他是近代科学的先驱人物和传播者,但当时的中国数学已经远远落后于西方,仅凭李善兰一人之力根本追赶不上。
维新变法和新文化运动之后,中国古代数学传统基本中断,中国数学研究纳入了统一的现代数学。
20世纪,中国数学开始复兴,我们都期待着,中国能够重新取得数学大国的地位。
参考资料:
管成学、赵骥民,《中国数学史上最光辉的篇章:李冶、秦九韶、杨辉、朱世杰的故事》,吉林科学技术出版社
郭书春.中国古代数学:商务印书馆,1997-04
百度词条“李冶”
百度词条“四元术”
百度词条“朱世杰”