不同于希腊数学的公理化论证(以欧几里得《几何原本》为代表),中国古代数学是算法式的数学。它注重通用的方法,而不是特殊的技巧。
最近读到物理学家和科技史家程贞一教授的访谈录(标题是“我的人生经历与学术生涯”,作者郭金海),他提到早年的一个疑问引导他走向了科学史的研究,最终取得了杰出的成就。与他相仿,我在年少时也渴望了解中国古代数学,然而教科书上很少提及这段历史。直到工作之后,我偶然读到吴文俊先生的几篇分析中国古代数学的文章,才豁然开朗。
吴文俊先生在《对中国传统数学的再认识》中指出,中国古代数学其实只有一个关键字:术。吴先生所谓的机械化,就体现在“术”的作用,相当于现代计算机科学中的“算法”。读到这里,就容易明白,为什么一直以来我们称数学为“算术”了:因为“术”正是中国古代数学的精髓。改称“算学”为“数学”,还是近代的事情。民国时期,北大有“数学系”,而清华的则叫作“算学系”。
吴文俊先生一直强调,不同于希腊数学的公理化论证(以欧几里得《几何原本》为代表),中国古代数学是算法式的数学。这不难理解,只要看看我们的前辈创造了多少“术”:更相减损术、盈亏术、方程术、割圆术、球积术、天元术、大衍求一术、增乘开方术、正负开方术、四元术、隙积术、垛积术、招差术、尖锥求积术等。正如吴文俊先生所总结的:“中国古代数学,就是一部算法大全。”
在最近出版的《走自己的路——吴文俊口述自传》(湖南教育出版社,2015年)中,吴文俊先生着重指出:中国古代数学,就是一部算法大全。所以要了解中国古代数学,就要了解一些代表性的算法。以下我们选取其中几项,略为介绍。
第一个例子是吴文俊先生本人举的,即求两个正整数的最大公因子的“更相减损术”。“更相减损术”来自《九章算术》,一般简称《九章》,它是中国第一部数学专著,一共有九章内容。《九章》定型不晚于公元100年,但其作者不可考,后世流行的版本是经三国时期数学家刘徽加工之后的《九章算术注》(公元263年出版)。
北宋数学家秦九韶发明了一种求一术,他在1247年出版的《数书九章》中命名为“大衍求一术”。
后来,清代数学家黄宗宪进一步简化了秦九韶的方法。我们现在的介绍,是这个简化的版本。秦九韶‐黄宗宪的方法(求一术)如下:对第一列的数a,b使用带余除法(较大的数除以较小的数)。设得到的商为q,则较大的数那一行减去较小数的那一行对应元素的q倍。于是新得到的矩阵的第一列两个元素替换为第一次带余除法的除数与余数。重复之前的操作,直到某一步带余除法得到的余数为 1(算法结束)。
此时1正右方的数,即为所求的x。
中国古代数学的高峰是在宋元时代,其代表人物是秦九韶、李冶和朱世杰。前面我们介绍了秦九韶和黄宗宪的大衍求一术,接下来我们介绍一下李冶的天元术和朱世杰的四元术。天元术其实就是设未知数解方程的方法。元就是未知数,“天元”就是未知数的名称。四元术,是天元术的推广。四元是指“天、地、人、物”四元,相当于说四个未知数x,y,z,w。
在一次访谈(标题是“走进吴文俊院士”,作者黄祖宾)中,吴文俊先生说到:就我个人的感觉,从前学数学,在课本上读不到中国古代数学的成就,确实有些打击士气,下意识里就觉得我们中国人,是不是不适合学数学?如果当初有幸从吴文俊先生的文章中了解到一些中国古代数学思想,我想我可能会学得更好些,甚至有可能专门研究中国古代数学。
笔者这里并没有要扬中国古代数学而抑希腊古代数学的意思,只是想告诉读者,从风格上讲,中国古代数学具有鲜明的算法特色,这是中国古代数学的精髓所在。
无论如何,我要向所有对中国古代数学感兴趣的读者,推荐吴文俊先生的文章。要知道,这位荣获2000年首届国家最高科技奖的大数学家曾经说:“对中国古代数学的研究,是我最得意的,拓扑的那些工作不算什么。我感到最得意最自豪的是:真正懂了中国古代数学是怎么回事。”