1.《九章算術》的算術成就
《九章算術》的算術成就包括分數運算、各種比例問題和盈不足術三個方麵。
分數運算《九章算術》中的分數內容主要在方田章,其中有“約分”、“合分”(加法)、“減分”(減法)、“乘分”(乘法)、“經分”(除法)、“課分”(分數的大小比較)、“平分”(求分數平均數)等。“約分”和現在的約分一樣。為什麼要約分,書中說,因為“不約則繁,繁則難用”,所以要約分。約分的方法是:“可半者半之,不可半者,副置分母、子之數,以少減多,更相減損,求其等也,以等數約之。”可半者半之,即如分子分母均為偶數,則可先以2約分。不可半者,則采用更相減損術先求等數(即公因子),然後用等數約之。副,另放一旁的意思。
現在通常采用的分數寫法,開始於明末西洋筆算傳入中國之時,當時曾有將分母放在分子上的記法。直到清末新式學校中的算術課本才采用現在的寫法。
各種比例問題 在《九章算術》衰分章、均輸章、勾股章中都有不少比例問題。
《粟米》章一開始就列舉了各種糧食的互換比率。“粟米之法:‘粟米五十,糲米三十、粺米二十七、米二十四……’”這就是說:穀子五鬥可換糙米三鬥,又可換九折精米二鬥七升,八折精米二鬥四升……粟米章內許多糧食之間的兌換關係均按這個比率計算。如:
粟米章第1題:“今有粟米一鬥,欲為糲米,問得幾何?”它的解法是:“以所有數乘所求率為實,以所有率為法,實如法而一。”這裏,所有數是粟米1鬥(10升),所有率是5,所求率是3.於是依術10×3÷5=6升。這種算法叫“今有術”。“今有術”就是比例,是從關係式:
另外,還有現在所謂的複比例問題和鏈鎖比例問題,也都用“今有術”解決。比例分配問題也可用“今有術”解決。如衰分章第2題:“今有牛、馬、羊,食人苗,苗主責之粟五鬥,羊主曰,我羊食半馬(所食)。馬主曰,我馬食半牛(所食)。今欲衰償之(按一定比例遞減賠償)問各出幾何?”依照羊主人、馬主人的話,牛、馬、羊所食粟相互之比率是4:2:1,就是用4、2、1各為所求率,4 2 1=7為所有率,粟米50升為所有數,以“今有術”演算得牛主人應償4450“今有術”是從三個已知數求出第四個數的算法,7世紀時在印度為婆羅摩笈多所知,稱之為“三率法”。後來三率法傳入阿拉伯,再由阿拉伯傳到歐洲,仍保持三率法的名稱。歐洲商人十分重視這種算法,叫它為“金法”,意思是賺錢的算法。可見歐洲人對這種算法的推崇。
《九章算術》的幾何成就包括麵積與體積計算,勾股問題以及勾股測量三個方麵。
麵積與體積 麵積與體積的計算起源很早,《九章算術》將它放在第一章,另外,商功章內有體積計算問題。
我國古代的幾何圖形麵積計算是直接從測量田畝的實踐中產生的,因此幾何圖形的名稱從田地的形狀得來。如“方田”、“圭田”、“直田”、“邪田”(或“箕田”)、“圓田”、“弧田”、“環田”等,分別表示正方形、三角形、長方形、梯形、圓、弓形、圓環等。
《九章算術》對上述各種圖形都有計算公式。
如“圭田術曰:半廣以乘正從”。意思是,計算三角形麵積的方法是底長之半乘高。
前四句是講正負數的減法,後四句是講加法。顯然,這是完全正確的。籌算怎樣來表示正負數?劉徽有一個說明:“今兩算得失相反,要令正負以名之。正算赤,負算黑。否則以邪正為異。”這句話是說,同時進行兩個運算,若結果得失相反,那就要分別叫做正數和負數。並用紅籌代表正數,黑籌代表負數。不然的話,將籌斜放和正放來區別。
這是世界數學史上最早做出的對正負數的明確區分。
世界上除中國外,負數概念的建立和使用都經曆了一個曲折的過程。
希臘數學注重幾何,而忽視代數,幾乎沒有建立過負數的概念。印度婆羅摩笈多開始認識負數,采用小點或小圈記在數字上麵表示負數。對負數的解釋是負債或損失,隻是停留在對相反數的表示上,尚未將負數參與運算。
歐洲第一個給出負數正確解釋的是斐波那契,他在解決一個關於某人的贏利問題時說:“我將證明這問題不可能有解,除非承認這個人可以負債。”
1484年法國的舒開給出二次方程一個負根,卡當在1545年區分了正負數,把正數叫做“真數”,負數叫做“假數”,並正式承認了負根,不過,這些思想都沒有在歐洲引起足夠重視。直到18世紀有些數學家還認為負數這個比零小的數,是不可能的。