柱體(古代稱“芻童”)以上底為一線,下底為一矩形的擬柱體(古代稱“芻甍”)(“甍”音“夢”)等都可以計算其體積。
(3)、《章算術》中的代數內容同樣很豐富,有當時的進水平。
1.開平方和開立方
《章算術》中講了開平方、開立方的方法,而且計算驟本一樣。所不同的是古代用籌算進行演算,現以少廣章第12為,說明古代開平方演算的驟,“有積萬千二二十。問為方幾何”。“答曰:二三十”。這裏所說的是我國古代的長度單。
“開方(是開平方,由正方形麵積其一邊之長。)術曰:置積為實(籌算中把開方數置於第二行,稱為實)借一算(借用一算籌置於最後一行,如圖1-25(1)所示用以定)。之(所借的算籌一一移動)超一等(所借的算籌由個越過十移至或由越過千移至萬等等,這與現代筆算開平方中分節相當如圖1-25(2)所示)。議所得(議得初商,由於實的萬數字是5,而且22<5<32,議得初商為2,而借算在萬,因此應在第一行置初商2於,如圖1-25(3)所示)。以一乘所借一算為法(以初商2乘所借算一為20000,置於“實”下為“法”,如圖1-25(4)所示)而以除(以初商2乘“法”20000得40000,由“實”減去得:55225-40000=15225,如圖1-25(5)所示)除已,倍法為定法,其複除,折法而下(將“法”加倍,向右移一,得4000為“定法”因為要平方的十數字,要把“借算”移至,如圖1-25(6)所示)。複置借算之如初,以複議一乘之,所得副,以加定法,以除(這一是:要平方的十數字,置借算於。因“實”的千數字為15,且4×3<15<4×4,於是議得商為3。置3於商的十。以商3乘借算得3×100=300,與定法相加為4000+300=4300。乘以商,則得:3×4300=12900,由“實”減去得:15225-12900=2325。如圖1-25(7)所示,以所得副從定法,複除折下如前(這一是演算如前,以300×1+4300=4600向右移一,得460,是第三方的定法,把借算移到個,如圖1-25(8)所示;又議得三商應為5,置5於商的個如圖1-25(9)所示,以5+460=465,乘以三商5,得465×5=2325經計算恰盡如圖1-25(10)所示,因此得平方為235。)
上述由圖1-25(1)—(10)是按算籌進行演算的,看起來似乎很繁瑣,實際上驟十分楚,易於操作。它的開平方原理與現代開平方原理相同。其中“借算”的右移、左移在現代的觀點下可以理解為一變換和代換。《章算術》時代沒有理解到變換和代換,但是這對以後宋、時高方的解法是有深遠影響的。
《章算術》方章中的“方”是專多一方組而言,與“方”的含義不相同。《章算術》中多一方組的解法,是將它們的係數和數項用算籌擺成“方陣”(所以稱之謂“方”)。消的過相當於現代大學課高等代數中的線性變換。
由於《章算術》在用除法解一方組過中,不可避免地要出現正負數的問,於是在方章第三中明出了正負術。劉徽在該術的注文裏實質上給出了正、負數的定義:“兩算得失相反,要令‘正’、‘負’以之”。在計算工算籌上加以區“正算赤,負算黑,否則以邪正為異”。這就是規定正數用紅色算籌,負數用黑色算籌。如隻有同色算籌的話,則遇到正數將籌正,負數時邪(同斜)。宋代以後出現筆算也相應地用紅、黑色數碼字以區正、負數,或在個數上記斜劃以表示負數,如(—1824),後來這種包括負數寫法在內的中國數碼字還傳到日本。
關於正、負數的加減運算法則,“正負術曰:同相益,異相除,正無入負之,負無入正之。其異相除,同相益,正無入正之,負無入負之”。這裏所說的“同”、“異”分相當於所說的同號、異號。“相益”、“相除”是二數相加、相減。術文前四句是減法運算法則:
(1)如減數絕對值大於減數絕對值,a>b≥0,
則同相益:(±a)-(±b)=±(a-b),
異相除:(±a)-(b)=±(a+b)。
(2)如減數絕對值小於減數絕對值,b>a≥0。
①如兩數皆正
則a-b=a-[a+(b-a)]=-(b-a)。
中間一的a和a對消,而(b-a)無可對消,則“正”為“負”,“正無入負之”。“無入”就是無對,也就是無可對消(或不夠減或對方為零)。
②如兩數皆負
則(-a)-(-b)=-a-[(-a)-(b-a)]=+(b-a)。在中間的子裏(-a)和(-a)對消,而-(b-a)無可對消,則“負”為“正”所以說“負無入正之”。
③如兩數一正一負。則仍同(1)的異相益。
術文的後四句是正負數加法運算法則。
(1)同號兩數相加,同相益,其和的絕對值等於兩數絕對值和。
如a>0,b>0,
則a+b=a+b,(-a)+(-b)=-(a+b)
(2)異號兩數相加,實為相減,異相除。如正數的絕對值較大,其和為正,“正無入正之”。如負數的絕對值較大,其和為負,“負無入負之”。用符號表示為
①如a>b≥0,
則a+(-b)=[b+(a-b)]+(-b)=a-b,
或(-a)+b=[(-b)-(a-b)]+b=-(a-b)。
②如b>a≥0,
則a+(-b)=a+[(-a)-(b-a)]=-(b-a),
或(-a)+b=(-a)+[a+(b-a)]=b-a。
關於正負數的乘除法則,在《章算術》時代或許會遇到有關正負數的乘除運算。可惜書中未論,到代朱傑於《算學啟蒙》(1299年)中有明的記載:“同相乘為正,異相乘為負”,“同相除所得為正,異相除所得為負”,因此至遲於13紀末我國對有理數四則運算法則已經全麵作了總結。至於正負數概念的引入,正負數加減運算法則的形成的曆史記錄,我國是遙遙領。國外首承認負數的是紀印度數學家婆羅門岌多(約598-?)歐洲到16紀承認負數。
校注曆史
現傳本《章算術》成書於何時,眾說紛紜,多數認為在漢末到東漢初之間,約公一紀前後,《章算術》的作者不詳。很可能是在成書前一曆史時內通過多人之手逐理、修、補充而成的體創作結晶。由於二千年來經過輾轉手抄、刻印,難免會出現差錯和遺漏,加上《章算術》文字簡略有些內容不易理解,因此曆史上有過多校正和注釋。
關於對《章算術》所的校注主要有:漢張蒼增訂、刪補,三國時曹魏劉徽注,唐李淳風注,宋楊輝著《詳解章算法》選用《章算術》中80道典型的作過詳解分,李潢(?—1811年)所著《章算術細草圖說》對《章算術》進行了校訂、列算草、補插圖、加說明,尤其是圖文茂之作。
現代錢寶琮(1892—1974年)曾對包括《章算術》在內的《算經十書》進行了校點,用通俗語言、近代數學術語對《章算術》劉、李注文詳加注釋。80年代以來,人白尚恕、郭書春、李繼閔等都有校注本出版。。
曆史影響
《章算術》是上最早係統敘述了分數運算的著作;其中盈不足的算法是一項令人驚奇的創;“方”章還在數學史上首闡述了負數其加減運算法則。在代數方麵,《章算術》在數學史上最早出負數概念正負數加減法法則;中學講授的線性方組的解法和《章算術》介紹的方法大體相同。注重實際應用是《章算術》的一個顯著點。該書的一些識還傳播至印度和阿伯,甚至經過這些地區遠至歐洲