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李冶和朱世杰

1248年,金代数学家李冶在其著作《测圆海镜》、《益古演段》,以及元代数学家朱世杰的《算学启蒙下卷》《四元玉鉴》,都系统地介绍了用天元术建立二次方程。

天元术是利用未知数列方程的一般方法,与现代代数学中列方程的方法基本一致,但写法不同。它首先要“立天元一为某某”,相当于“设x 为某某”,再根据问题给出的条件列出两个相等的代数式。然后,通过类似合并同类项的过程,得出一个一端为零的方程。天元术的表示方法不完全一致,按照李冶的记法,方程a0xn+a1xn-1.+an-1x+an=0可写成如下形式:其中a0,a1,.,an 表示方程各项系数,均为筹算数码,在常数项旁边记一“太”字(或在一次项旁边记一“元”字),“太”或“元”向上每层减少一次幂,向下每层增加一次幂。方程列出后,再按增乘开方法求正实根。

据史籍记载,金、元之际已有一批有关天元术的著作,如蒋周《益古演段》、李文一《照胆》、石信道《钤经》、刘汝锴《如积释锁》等(朱世杰《四元玉鉴》祖颐后序),可惜都已失传。但在稍晚的李冶和朱世杰的著作中,都对天元术作了清楚的阐述。

李冶(1192—1279),真定栾城(今河北栾城县)人。生于大兴府(今北京市)。曾为金代词赋科进士,钧州(今河南禹州市)知州,元翰林学士知制诰同修国史。晚年隐居于河北元氏县封龙山下,收徒讲学并勤于著述,与元好问、张德辉交往密切,时人尊称“龙山三老”。他在数学专著《测圆海镜》(12 卷)中通过勾股容圆问题全面地论述了设立未知数和列方程的步骤、技巧、运算法则,以及文字符号表示法等,使天元术发展到相当成熟的新阶段。《益古演段》(3 卷)则是他为天元术初学者所写的一部简明易晓的入门书。

朱世杰,字汉卿,号松庭,生平不详。所著《算学启蒙》3 卷,内容包括常用数据、度量衡和田亩面积单位的换算、算四则运算法则、筹算简法、分数、比例、面积、体积、盈不足术、高阶等差级数求和、数字方程解法、线性方程组解法、天元术等,是一部较全面的数学启蒙书籍。《数学启蒙》曾传入朝鲜和日本,产生了一定的影响。

天元术的出现,提供了列方程的统一方法,其步骤要比阿拉伯数学家的代数学进步得多。而在欧洲,只是到了十六世纪才做到这一点。此外,宋代创立的增乘开方法又简化了求解数学高次方程正根的运算过程。因此,在这一时期,列方程和解方程都有了简单明确的方法和程式,中国古典代数学发展到了比较完备的阶段。

不仅如此,继天元术之后,数学家又很快把这种方法推广到多元高次方程组,如李德载《两仪群英集臻》有天、地二元,刘大鉴《乾坤括囊》有天、地、人三元等,最后又由朱世杰创立了四元术