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九章算術提要

[ 张苍 耿寿昌 ] [ 打印 ]
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九章算術九卷,不詳作者名氏。九章算術是一部現在有傳本的、最古老的中國數學書,它的編纂年代大約是在東漢初期。書中?集了二百四十六個應用問題的解法,分別隸屬於方田、粟米、衰分、少廣、商功、均輸、盈不足、方程、句股九章。

春秋、戰國時期社會生產力的逐漸提高,促進了數學知識和計算技能的發展。當時各國的統治階級要按畝收稅,必須有測量土地、計算面積的方法;要儲備糧食,必須有計算倉庫容積的方法;要修建灌溉渠道、治河堤防和其他土木工事,必須能計算工程人功;要修訂一個適合農業生產的曆法,必須能運用有關的天文數據。那時的百姓掌握了相當豐富的、由日常生活中產生的數學知識和計算技能。雖然沒有一本先秦的數學書流傳到後世,但無可懷疑的是九章算術方田、粟米、衰分、少廣、商功等章中的題解方法,絕大部分是產生於秦以前的。漢書藝文志術數類著錄有許商算術二十六卷,杜忠算術十六卷,這兩部算術雖早已失傳,應該是東漢初編纂的九章算術的前身,它們的主要教材應當被保存於九章算術各章之內。

周禮大司徒篇說:「保氏掌諫王惡而養國子以道。乃教之六藝:一曰五禮,二曰六樂,三曰五射,四曰五馭,五曰六書,六曰九數。」這是說,主持貴族子弟教育的保氏以禮、樂、射、馭、書、數為「小學」的六門課程,每一門課程又各有若干細目,例如「數」學中有九個細目。但在周禮裏沒有把「九數」列舉出來,我們就無法考證它的內容。漢武帝時這部周禮開始受到經學家的注意。到東漢時期,鄭眾、馬融等都為「九數」作了注解。東漢末鄭玄周禮注引鄭眾說:「九數:方田、粟米、差分、少廣、商功、均輸、方程、贏不足、旁要,今有重差、句股。」事實上,鄭眾所說「九數」中的「均輸」已是漢武帝太初元年以後的賦稅制度,決不是周禮九數原有的一個細目。「方田、粟米、差分、少廣、商功、均輸、方程、贏不足、旁要」大概是西漢末傳統算術的主要綱目,「今有重差、句股」說明數學有了新的發展。傳本九章算術將句股代替旁要,它的編纂年代當在鄭眾注周禮「九數」(約公元五0年)之後。後漢書馬援傳說,馬續「善九章算術」。馬續是馬援的侄孫,馬融(公元七九——一六六年)之兄,他的生年約在公元七0年前後。馬續研究九章算術大概在公元九0年前後。根據上述史料,我們認為九章算術的編定年代是在公元第一世紀的後半個世紀,而各章的主要內容在第一世紀初期已具備了一定的成就。

九章算術不但對後世的數學著作奠定了優良的傳統,對世界數學的發展也有著重要的貢獻。現在小學算術課程中的分數四則,各種比例,面積和體積,以及各類應用問題的解法,在九章算術方田、粟米、衰分、商功、均輸、盈不足等章裏已有了相當詳備的內容。現在中學課程中的代數部分,如開平方、開立方、正負數、聯立一次方程組、二次方程等項目,在少廣、方程、句股章裏亦已有了卓越的成就。

傳本九章算術有劉徽注和唐李淳風等的注釋。劉徽是我國古代傑出的數學家。他為九章算術作注解,又自撰重差一卷附於九章算術九卷之後,故隋書經籍志著錄「九章算術十卷,劉徽撰」。經籍志又錄有「九章重差圖一卷,劉徽撰」,當是十卷本的附圖,可惜早已亡佚。九章算術方田章圓田術注和商功章圓困術注中都論及「晉武庫中有漢時王莽所作銅斛」。隋書律曆志論歷代量制引商功章注,說「魏陳留王景元四年(公元二六三年)劉徽注九章」。我們根據這些資料,認為劉徽是魏、晉時人。他的生平履歷無可詳考。

劉徽九章算術注自序說:「又所析理以辭,解體用圖。庶亦約而能周,通而不黷,覽之者思過半矣。」這是說,問題解法的理論分析,要用明確的語言表達出來;空間形體的具體分解,要用幾何圖形顯示出來。這樣纔能做到又簡又明,啟發讀者的思考。他在注中一方面整理九章算術各個問題的解法,理論上屬於一類的使它們歸於一類,提綱挈領地闡明所以能解的道理。在另一方面,對於原來所有不夠準確的近似計算,他提出了更精確的計算方法。例如九章算術原術取用三為圓周率,他通過了圓內接正三百八十四邊形和正三千零七十二邊形面積的嚴密計算,得到圓周率的近似值,五十分之一百五十七,或一千二百五十分之三千九百二十七。又如開平方或開立方不盡時(平方根或立方根為無理數),原有以分數表示奇零部分的方法不甚準確,他主張繼續開方,得出以十進分數表示平方根或立方根的近似值。此外,他創立許多新的解題方法,例如盈不足章第十九題的等差級數求和法,方程章第七題的互乘相消法,第九題的消去常數項法,句股章第十六題的內切圓徑公式等等,都比原術簡便。

唐李淳風等對劉徽注本九章算術作了一些解釋,原有劉注意義十分明確的不再補注,盈不足、方程二章就沒有他們的注釋。九章算術所有與圓面積有關的問題,都取圓周率三計算,劉徽注以為應取五十分之一百五十七,李淳風等補注認為可以用七分之二十二計算,這是對的。但七分之二十二是祖沖之的所謂「約率」,而李淳風等引用此率,稱它為「密率」。後世人誤認七分之二十二為「密率」的很多,這是李注的謬種流傳。少廣章開立圓術,李淳風等注釋引祖?之說,介紹球體積公式的理論基礎。綴術書失傳後,祖沖之父子對於球體積的研究,幸有李淳風等的徵引而得流傳到現在。

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