現在的數學中,有一重要的門類叫“方程”。
這個名字,源自中國先秦——“方”為并列、對等;“程”,表示以“算籌”列成豎式的計算過程。
英語中現在通用的“equation”一詞,大概率由9世紀中亞一位數學家提出的概念輾轉生成。
《九章算術》由秦朝舊臣張蒼,在西漢初年搜集先秦“算簡”整理而成,桑弘羊等學者也為此書貢獻不小——書名,據說依據的是戰國“遺卷”。
無論如何,在經歷了秦皇焚書的浩劫之后,這些人的孜孜不倦功在千秋,使兩千多年后現在的我們,在傳承寶貴文化的同時,亦可觀止感嘆先民的厚積睿智。
《九章算術》卷第八為“方程”,全部從農耕的現實生活出發,通過“解題”的方式,總結概括了計算“線性方程組的解法”。
以卷第八【一】為例——
原文——“【一】今有上禾三秉,中禾二秉,下禾一秉,實三十九斗;上禾二秉,中禾三秉,下禾一秉,實三十四斗;上禾一秉,中禾二秉,下禾三秉,實二十六斗。
問上、中、下禾實一秉各幾何?”
上禾、中禾、下禾,指“禾黍(糧食總稱)”之“品等”。
秉,束、捆。
譯成白話——現有上等禾黍3束、中等禾黍2束、下等禾黍1束,打出的糧食共有39斗;有上等禾黍2束、中等禾黍3束、下等禾黍1束,打出的糧食共有34斗;有上等禾黍1束、中等禾黍2束、下等禾黍3束,打出的糧食共有26斗。問:1束上等禾黍、1束中等禾黍、1束下等禾黍各能打出多少斗糧食?
原文——“答曰:上禾一秉,九斗(又)四分斗之一;中禾一秉,四斗(又)四分斗之一;下禾一秉,二斗(又)四分斗之三。
方程術曰:置上禾三秉,中禾二秉,下禾一秉,實三十九斗,于右方。中、左禾列如右方。以右行上禾遍乘中行,而以直除。又乘其次,亦以直除。然以中行中禾不盡者遍乘左行而以直除。左方下禾不盡者,上為法,下為實。實即下禾之實。求中禾,以法乘中行下實,而除下禾之實。余如中禾秉數而一,即中禾之實。求上禾亦以法乘右行下實,而除下禾、中禾之實。余如上禾秉數而一,即上禾之實。實皆如法,各得一斗。”
以上,是《九章算術》列出的典型“三元一次方程組”采用 “遍乘直除”消元以解此題。
現今的解法,見下圖二。
《九章》所云“方程術”解題如下——
一,“置上禾三秉,中禾二秉,下禾一秉,實三十九斗,于右方”。見下圖三。
二,“以右行上禾遍乘中行”。即以右行最上之3,遍乘中行各項。見下圖四。
三,“而以直除”。由中行連續減去右行各對應項的若干倍數,直到中行頭位數為0。直除,為連續相減。見下圖五。
四,“又乘其次,亦以直除”。中行頭位消除后,以右行上禾3遍乘左行各項,連續減去右行各對應項,消去右行頭位。“又乘其次”。見下圖六。
“亦以直除”。見下圖七。
五,“然以中行中禾不盡者遍乘左行而以直除。左方下禾不盡者,上為法,下為實。實即下禾之實。”消去中行、左行頭位后,再以中行中禾數遍乘左行而以直除,消除左行中位,所得“99” 即“36秉”之“下禾之實”。以中行中禾數5,遍乘左行各數。見下圖八、下圖九。
六,“求中禾,以法乘中行下實,而除下禾之實。余如中禾秉數而一,即中禾之實。”
法,為36;中行下實,為24;中行秉數,為5,中禾之實為:(36x24-99)/5=253。
七,“求上禾亦以法乘右行下實,而除下禾、中禾之實。求上禾亦以法乘右行下實,而除下禾、中禾之實。余如上禾秉數而一,即上禾之實”。
“求上禾亦以法乘右行下實,而除下禾、中禾之實。”——39x36-2x153-99=999.
“余如上禾秉數而一,即上禾之實”——余數999,右行上禾秉數3,按“術”999/3=333,即上禾之實。
八,“實皆如法,各得一斗”。
上禾、中禾、下禾一束之實各為:99、153、333;皆以“法”36除之——99/36斗=2又3/4斗;153/36斗=4又1/4斗;333/36斗=9又1/4斗。
怎能不佩服兩千多年前的上古先民!
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