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中國先秦古人首創了“開平方”計算——《九章算術·少廣卷》例題

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中國社會科學院學部委員馮時先生說:考古成果證明“中華文明的原創成就燦爛輝煌,作為古典科學的天文學、數學、力學、地學、農學都已有了萬年的歷史”。

誠哉斯言。

《九章算術》記載的先秦古人的“開平方”計算,便是領先世界的首創。

看實例。

《九章》卷第四《少廣》。原文——

“【一二】今有積五萬五千二百二十五步。問為方幾何?

答曰:二百三十五步。

【一三】又有積二萬五千二百八十一步。問為方幾何?

答曰:一百五十九步。

【一四】又有積七萬一千八百二十四步。問為方幾何?

答曰:二百六十八步。

【一五】又有積五十六萬四千七百五十二步(又)四分步之一。問為方幾何?

答曰:七百五十一步半。

【一六】又有積三十九億七千二百一十五萬六百二十五步。問為方幾何?

答曰:六萬三千二十五步。”



譯成白話——

【一二】今有正方形面積55225平方步。問其邊長是多少?

答:邊長為235步。

【一三】又有正方形面積25281平方步。問其邊長是多少?

答:邊長為159步。

【一四】又有正方形面積71824平方步。問其邊長是多少?

答:邊長為268步。

【一五】又有正方形面積56752又1/4平方步。問其邊長是多少?

答:邊長為751又1/2步。

【一六】又有正方形面積3972150625平方步。問其邊長是多少?

答:邊長為63025步。

“步”,是先秦丈量土地長、寬的計量單位;240平方步為一畝。

《少廣》原文——

“開方術曰:置積為實。借一算步之,超一等。議所得,以一乘所借一算為法,而以除。除已,倍法為定法。其復除。折法而下。復置借算步之如初,以復議一乘之,所得副,以加定法,以除。以所得副從定法。復除折下如前。若開之不盡者為不可開,當以面命之。若實有分者,通分內子為定實。乃開之,訖,開其母報除。若母不可開者,又以母乘定實,乃開之,訖,令如母而一。”



譯成白話——

開平方算法:以面積數作為被除數,借來一枚算籌放在下行,將其由末位向前跨越一“等”。試算初商,以所得之數與“借來算籌所表之數”相乘一次作為除數,而相減。相減畢,以除數的2倍作為“定法”。再除以求次商,除時以下步驟折算除數。再借一枚算籌如前移動定位,用試算所得“次商”和“借來算籌所表之數”相乘一次,所得之數另置,稱為“副”用其加“定法”,而相減。減畢用所得之“副”加入“定法”之內。若有“開”不盡的數,用“平方根”取其近似值的方法處理。若被開方數帶有分數,用整部與分母相乘再加“分子”作“定實”,用其開方,算畢,又對分母開方,所得相除。若分母不可開放,又用分母去乘“定實”,這再開方,算畢,令其用分母相除。



“算籌”,古時計數工具,可代表個位、十位、百位……任何數。見圖一。

計算時,亦可用“算籌”組成矩陣行列并進行演算。

“步之”,即為移動“算籌”的步驟。

“實”,為被開方數。

“一等”,數位的一位。“超一等”,是由“個位”直接移至“百位”,如同現代筆算開方的“分節”。

“議所得”,議得初商。

“一乘”,乘一次。

“而以除”,相減。



以【一二】題為例,開方演算具體步驟如圖二、圖三、圖四、圖五。

電視劇《三體》中,秦始皇號令三千萬士卒計算,恰如現代的高等級巨型計算機,便是使用“算籌”。

馮時先生考證,建筑方丘和圜丘的紅山人,已懂得使用開方的計算方法,距今6000年。

上面所舉例題,現代開平方列式,如圖六。

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