数书九章

南宋数学家秦九韶所著数学著作

《数书九章》,中国古代数学著作,由 南宋 数学家 秦九韶 所著。书中共列算题81问,分为9类。全书采用问题集的形式,并不按数学方法来分类。题文也不只谈数学,还涉及自然现象和社会生活,成为了解当时社会政治和经济生活的重要参考文献。该书在数学内容上颇多创新,是对《 九章算术 》的继承和发展。它概括了宋元时期数学的主要成就,标志着中国古代数学的高峰。

内容简介

中国 南宋数学家秦九韶撰。秦九韶早年曾在 杭州市 学习,后又从隐君子学习数学,成年后先后在湖北、 安徽 、 江苏省 等地做官。1244年因母亡故回家守孝,潜心数学研究,于1247年9月著成《数术大略》,明代后期改名为《数书九章》。这是 秦九韶 唯一的数学著作,但仅此就使他成为中国宋元时期杰出的数学家之一。

《数书九章》最初叫《数术大略》或《数学大略》(9卷),分为9类,每类为一卷。约到元代时更名为《 数学九章 》,内容也由9卷改为18卷。明初抄本被收入《 永乐大典 》(1408),另抄本藏于文渊阁。明代学者 王应遴 传抄时定名为《数书九章》,明末学者 赵开美 再抄时沿用此名。抄本形式流传到 清代 ,1781年由 李锐 校订后收入《 四库全书 》。1842年由宋景昌校订后收入《宜稼堂丛书》第一次印刷出版,结束了近600年的传抄历史。1898年收入《古今算学丛书》,为第二次印刷。1936年又分别被收入《 丛书集成初编 》和《 国学基本丛书 》出版,流传甚广。目前还有十几种抄本传世,成为学者研讨时的珍品。

《数书九章》共列算题81问,分为9类,每类9个问题。主要内容如下:

⑴大衍类:一次同余式组解法。⑵天时类:历法计算、降水量。⑶田域类:土地面 积。⑷测望类:勾股、重差。⑸赋役类:均输、税收。⑹钱谷类:粮谷转运、仓窖容积。⑺营建类:建筑、施工。⑻军族类:营盘布置、军需供应。⑼市物类:交易、利息。

作品影响

全书采用问题集的形式,并不按数学方法来分类。题文也不只谈数学,还涉及自然现象和社会生活,成为了解当时社会政治和经济生活的重要参考文献。

《数书九章》在数学内容上颇多创新。 中国 算筹 式记数法及其演算式在此得以完整保存; 自然数 、分数、 小数 、 负数 都有专条论述,还第一次用小数表示无理根的近似值;卷1大衍类中灵活运用 最大公约数 和 最小公倍数 ,并首创连环求等,借以求几个数的最小公倍数;在《 孙子算经 》中“物不知数”问题的基础上总结成大衍求一术,使一次同余式组的解法规格化、程序化,比西方 高斯 创用的同类方法早500多年,被公认为“ 中国剩余定理 ”;卷17市物类给出完整的 方程 术演算实录,书中还继贾宪增乘开方法进而作正负开方术,使之可以对任意次方程的有理根或无理根来求解,比19世纪英国霍纳的同类方法早500多年;书中卷5田域类所列 三斜晶系 求积公式与公元1世纪 希腊 海伦 给出的公式殊途同归;卷7、卷8测望类又使《 海岛算经 》中的测望之术发扬光大,再添光彩。

作品评价

《数书九章》是对《 九章算术 》的继承和发展,概括了宋元时期中国传统数学的主要成就,标志着中国古代数学的高峰。当它还是抄本时就先后被收入《 永乐大典 》和《 四库全书 》。1842年第一次印刷后即在中国民间广泛流传。 秦九韶 所创造的正负开方术和大衍求一术长期以来影响着 中国 数学的研究方向。 焦循 、 李锐 、 张敦仁 、 骆腾凤 、时曰醇、 黄宗宪 等数学家的著述都是在《数书九章》的直接或间接影响下完成的。秦九韶的成就也代表了 中世纪 世界数学发展的主流与最高水平,在世界数学史上占有崇高的地位。

创作背景

(2005-7-13) 查有梁

秦九韶为《数书九章》写的“序”,是一篇数学与语文高水平整合的杰作。如果我们要编一本《中华科技古文观止》,那么,《数书九章·序》是必选的名著。我们要理解《数书九章》,不可不认真研读 秦九韶 自己为此书写的原序。只有认真研读了《数书九章·序》,才能从整体上把握秦九韶的数学观及其 方法论 。

这里先展出《数书九章·序》的全部原文,读者首先从原序中品味秦九韶的文采,再领会其中深 的哲理。可能有些句子人们不甚了解,这也没有关系。多读几遍,其义自见。《数书九章·序》的前半部是“文”,后半部是“诗”。我同样先按文的形式,后照诗的形式,意译这篇杰作,也许有助于读者理解 秦九韶 的原序。我的译文,只是尝试,仅供参考。奇文共欣赏,疑义相与析。

周教六艺,数实成之。学士大夫,所从来尚矣。其用本 太虚 生一,而周流无穷,大则可以通神明,顺性命;小则可以经世务,类万物, 容以浅近窥哉?若昔推策以迎日,定律而知气。 矩浚川,土圭度 。天地之大, 焉而不能外,况其间总总者乎?爰自河图、洛书, 发礻必奥, 八卦 、九畴,错综精微;极而至于大衍、皇极之用。而人事之变无不该,鬼神之情莫能隐矣。圣人神之,言而遗其粗;常人昧之,由而莫之觉。要其归,则数与道非二本也。汉去古未远,有 张苍 、 许商 、乘马延年、 耿寿昌 、郑〔元〕、 张衡 、刘洪之伦,或明天道,而法传于后;或计功策,而效验于时。后世学者自高,鄙不之讲,此学 绝,惟治历畴人,能为乘除,而弗通于开方衍变。若官府会事,则府史一二系之。算家位置,素所不识,上之人亦委而听焉。持算者惟若人,则鄙之也宜矣。呜呼!乐有制氏,仅记铿锵,而谓与天地同和者止于是,可乎?今 数术 之书,尚三十余家。 天象 历度,谓之缀术;太乙、壬、甲,谓之三式,皆曰内算,言其秘也。九章所载,即周官 九数 ,系于方圆者为蚩术,皆曰外算,对内而言也。其用相通,不可岐二。独大衍法不载九章,未有能推之者,历家演法颇用之,以为 方程 者误也。且天下之事多矣,古之人先事而计,计定而行。仰观俯察,人谋鬼谋,无所不用其谨,是以不 于成,载籍章章可覆也。后世兴事造始,鲜能考度,浸浸乎天纪人事肴 缺矣。可不求其故哉?九韶愚陋,不闲于艺。然早岁侍亲中都,因得访习于 太史姓 ,又尝从隐君子受数学。际时狄患,历岁遥塞,不自意全于矢石间。尝险罹忧,荏苒十祀,心槁气落,信知夫物莫不有数也。乃肆意其间,旁诹方能,探索杳渺,粗若有得焉。所谓通神明,顺性命,固肤末于见;若其小者,窃尝设为问答,以拟于用。积多而惜其弃,因取八十一题,厘为九类,立术具草,间以图发之。恐或可备博学多识君子之余观, 曲艺 可遂也。原进之于道,倘曰,艺成而下,是惟畴人府史流也,乌足尽天下之用,亦无瞢焉。

诗九首

时 淳祐 七年九月鲁郡 秦九韶 叙。且系之曰:

一

昆仑磅礴, 道本 虚一。

圣有大衍,微寓于易。

奇余取策,群数皆捐。

衍而究之,探隐知原。

数术 之传,以实为体。

其书九章,惟兹弗纪。

历家虽用,用而不知。

小试经世,姑推所为。

述大衍第一。

二

七精四穹,人事之纪。

追缀而求,宵星昼晷。

历久则疏,性智能革。

不寻天道,模袭何益。

三农务穑,厥施自天。

以滋以生,雨膏雪零。

司牧闵焉,尺寸验之。

积以器移,忧喜皆非。

述天时第二。

三

魁隗粒民,甄度四海。

苍姬井之, 仁政 在。

代远庶蕃,垦菑日广。

步度 赋,版图是掌。

方圆异状,斜 殊形。

蚩术精微,孰究厥真。

差之毫厘,谬乃千百。

公私共弊,盖谨其籍。

述田域第三。

四

莫高匪山,莫浚匪川。

大禹 奠之,积矩攸传。

智创巧述,重差夕桀。

求之既详, 之罔越。

崇深广远,度则靡容。

形格势禁,寇垒仇 。

欲知其数,先望以表。

因差施术,坐悉微渺。

述测望第四。

五

邦国之赋,以待百事。

田亥田经入,取之有度。

未免力役,先商厥功。

以衰以率,劳逸乃同。

汉犹近古,税租以算。

调均 钱谷 ,河菑之 。

惟仁隐民,犹已溺饥。

赋役不均,宁得勿思。

述赋役第五。

六

物等敛赋,式时府庾。

粒粟寸丝,褐夫红女。

商征边籴,后世多端。

吏缘为欺,上下俱殚。

我闻理财,如智治水。

澄源浚流,维其深矣。

彼昧弗察,惨急烦刑。

去理益远,吁嗟不仁。

述 钱谷 第六。

七

斯城斯池,乃栋乃宇。

宅生寄命,以保以聚。

鸿功雉制,竹个木章。

匪究匪度,财 力伤。

围蔡而栽,如子西素。

匠计灵台,俾 文言文 惧。

惟武图功,惟俭昭德。

有国有家,兹焉取则。

述营建第七。

八

天生五材,兵去未可。

不教而战,维上之过。

堂堂之阵,鹅鹳为行。

营应规矩,其将莫当。

师中之吉,惟智仁勇。

夜算军书,先计攸重。

我闻在昔,轻则寡谋。

殄民以幸,亦孔之忧。

述军旅第八。

九

日中而市,万民所资。

贾贸滞鬻,利析锱铢。

滞财役贫, 封君 低首。

逐末兼并,非国之厚。

述市易第九。

《数书九章·序》译文

周代 的 教育内容 有“六艺”(礼、乐、射、御、书、数),数学是其中之一。学者和官员们,历来重视、崇尚这门学问。为了应用,人们要 认识世界 的规律,因而产生了数学。数学具有广泛的应用性。从大的方面说,数学可以认识自然,理解人生;从小的方面说,数学可以经营事务,分类万物。难道容许将数学视为一门浅近的学问吗?

过去,历算家们用 筹算 推演,制定天文历法;发现自然规律,预测季节变化。用“髀”、“矩”测山高河深,用“ 圭表 ”量日影,以定时刻与节气。 宇宙 如此之大,尚且不能置于数学之外,那么,宇宙之中的各种各样的事物,难道能离开数学吗?

自从“河图”、“ 遁甲演义 ”,开创发现数学的奥秘;《 周易 》“ 八卦 ”、《 九章算术 》,在解决错综复杂问题时,显示了数学的精妙细微;“大衍术”在历法计算,以及解诸多问题中的应用,使数学的精微作用发挥到了极大。数学对于认识人世间各类事物的变化,无所不包。自然界中物质运动的聚散,也不能隐匿于数学之外。古代的圣贤学者很高明,了解许多数学的精微之处,留下的文学却十分简略,使一般人难于明白,难于领悟其中之奥秘。探究其原因,是因为“数学”与“哲学”同样深奥,本质一致,并不是两回事。

汉代 离上古并不很远,但有 张苍 、 许商 、乘马延年、 耿寿昌 、 郑兴 、 郑众 、 张衡 、 刘洪 等一批数学家和历算家,他们之中,有的精通天文历法,将算理算法传于后世;有的长于用筹运算,计算结果当时就能得到检验。

后世的一些学者,把自己看得太高,鄙视前人的成就,不虚心学习,不继承发展,使数学这门学问中,有的内容几乎断绝失传。只有懂历法的历算家们,会乘除运算,但对高深的“开方术”、“大衍术”,就不通晓了。他们认为,官府的会计事务,只需少数人懂得加减计算就行了。数学家的地位和作用,而今,从不被人们所认识,当权人士对此状况,也听之任之。算学家只当作工具使用,数学这门学问遭到鄙视,也就理所当然了。

可悲啊!这就犹如制造乐器的人,仅仅只能拨弄出乐器的声音,就说这是与天下的知音者一道,奏出了美妙悦耳的乐章,难道能够这样说吗?

当今数学之书,计有三十余家。 天象 历法的计算方法,称之为“ 缀术 ”(“逼近之术”);应用于占卜术中的计算有“太乙、六壬、遁甲”,称之为“三式”,这些都统称为“内算”,它们的算法是保密的,内传而不外传。《 九章算术 》所载的内容,就是《 周礼 》中的“ 九数 ”(《九章算术》的九章是:方田、 玉蜀黍属 、衰分、少广、商功、均输、盈不足、 方程 、勾股);有关测量方位、地形之高、深、远、近的方法,称为“直术”,这些都统称为“外算”,它们的算法是公开的。“外算”是相对于“内算”而言的。“外算”与“内算”在应用上是彼此相通的,不应该视为两种截然不同的算法。

唯独“大衍术”,没有载于《九章算术》之中。没有见到有人,能将“大衍术”的算法程序推演出来。历算家在制定历法时,应用“大衍术”进行计算的颇多,如果以为它是“方程术”,那就谬误了。

宇宙 人世间的事情太多了,古代的人为解决某一问题,先进行策划,再确定方法程序,然后按程序实施行动。他们仰观天文,俯察地理,应用感官,应用直觉,谨慎地采用各种方法。为了让他们取得的成果不致被埋没,便使用文字将这些成果记载下来,一代一代流传后世。

后人在做事时,往往从头开始,很少考虑前人已有的成果,渐渐地在解决自然和人事的诸多问题时,就混乱不堪,缺少根据。我们为什么不可以对前人的成果,多多研究一番呢?

九韶愚昧,才疏识陋,但对学习“六艺”,却不曾偷闲。我在青少年时代曾随父亲到过 首都 ( 杭州市 , 南宋 京城,今 杭州市 ),因此有机会访问国家天文台的历算家,向他们学习历算。此外,我还从隐居的学者那里学习数学。那时,元人军队入侵 四川省 ,长年路途阻塞,自己不得不长期处于战乱之中。尝尽艰险,历经忧患,就这样辗转渡过了十年光阴,使人心力枯竭,元气失落。

但我坚信,世间万物都与数学相关。于是,我很有兴趣地钻在数学之中,向学者、能人求教,深入探索数学之精微,初步取得一些成果。对于数学的大的方面,认识自然,理解人生,我并没有什么发现;但在数学的小的方面,对于经营事务,分类万物,却有所得,我尝试以问答形式,拟出若干应用问题。历经多年,积累渐增,我怕一旦丢失甚为可惜,于是就取八十一个问题,分为九类,写出解题方法及运算程序,有的问题还在其中作图以示之。

我的这些成果,或许可供博学多识的学人闲暇之时品赏,这便达到了本书的目的,我也心满意足了。我原本要把数学提升到哲理(道)的高度,实在难以做到。如果有人说:这些数学成果,仅仅不过是历算学家们流传下来的东西,不能满足社会广泛的实际需要。我相信,这也不会使本书黯然失色。

诗九首 译

南宋 淳祐 七年(公元1247年)九月 鲁群 秦九韶 序且附诗九首:

一

巍巍昆仑,气势磅礴,

世界本原,在于数学。

圣人发现推算历法的大衍术,

大衍微妙之处源于《 周易 》。取 奇数 的竹棍进行运演,

一分为二,舍去模的 倍数 。

用“大衍术”,解出未知数,

要深入探索奥秘,方知原由。数学这门学问的发生发展,

要依靠实际应用作出判断。

我这里著有《数书九章》,

首先就记载大衍术之原理。历算家虽然知道如何计算,

却不知这些算法之所以然。

我尝试作出解释,让人明白,

姑且看一看由特殊推广到一般。此章称为“大衍”,列为第一。

二

七大 行星 ,苍穹回旋,

世间诸事,变化多端。

用“ 缀术 ”逼近天体运动,

白天日影测,夜里星象观。历法用久了,误差就增大,

历算家就得改革旧历。

如果不实际去观测 天体 ,

沿袭旧的模式绝对无益。平原山川的农民耕种收获,

全靠大自然的风调雨顺。

阳光雨露,庄稼滋生,

雨水淋淋,雪水润润。农业官员忧心着气象天文,

下了多少雨?用器皿测量。

积满了水再换上一个器皿,

有时测之忧,有时测之喜。此章称为“天时”,列为第二。

三

百姓虽小,当放首位,

审时度势,以观世界。

苍老的妇女生活有保障,

这就是施行 仁政 之所在。历史一朝朝,人口一代代,

开垦的土地,一天天增多。

需要量度田亩,整治赋税,

重要的是精确进行测量统计。田地形状,方圆各异,

有斜、有正、有高、有低。

测量技术,内容精深,

潜心研究 ,方能辨明。测量之时,差之毫厘,

最后结果,谬之千里。

于公于私,皆是大弊,

征收赋税理当仔细又仔细。此章称为“田域”,列为第三。

四

山之不高,莫称高山,

水之不深,莫称大川。

大禹治水时,测定山川,

使用的矩尺才得以后传。智慧的创造,巧妙的论述,

用“重差术”进行测算。

求解之法,详尽而又周全,

测量的对象总是变化多端。又高、又深、又广、又远,

进行测量决不是容易简单。

有时是形势险要,进之不去,

有时是敌方营垒,不能着边。要求出未知数,怎么办?

先后两次用“表”测量。

用两次测量之差进行计算,

远离其境也可知高深广远。此章称为“测望”,列为第四。

五

国家规定,征收赋税,

民间 百事 ,正待兴办。

要依据田亩人口的多少,

取之有度必须进行测算。徭役虽然可以不免,

但应事先商量和计算。

应用比例分配要恰当,

赋税徭役要均匀承担。 汉代 距古代并不太远,

他们按田亩比例收税。

协调均衡收的谷与钱,

用以抵御灾害,防洪抗旱。当官的要施仁政,为民着想,

设身处地,犹如自己挨饿受灾。

如果赋税徭役分配不均,

难道能让人心安理得吗?将此章称“赋役”,列为第五。

六

纳粮上税,要看等级,

粮食入库,要看时节。

一粒粒粟,一寸寸丝,

都是男男女女的劳动所得。官府要向人民征粮收税,

后世的腐败之风频频发生。

达官贵人相互攀缘,欺榨百姓,

这些大小贪官污吏,用尽心机。我曾听说治理财政,

理当犹如智者治水。

正本清源,有条不乱,

治标治本,消除隐患。那些愚蠢贪官视而不见,

人民悲惨,还用刑不断。

这是离开理智愈来愈远,

为官不仁啊!可叹可叹!此章称为“ 钱谷 ”,列为第六。

七

如此房屋,如此城墙,

国家栋梁, 社会保障 。

百姓居住的地方,

财富聚散的市场。城市建筑作用巨大,

一定要制定好规划。

如果策划与营造,不合章法,

就会劳民伤财,浪费很大。 楚昭王 围困 蔡国 时坚木筑墙,

这是采纳了 子西 的建议。

汉代 工匠设计天文观象台,

刘恒 也担忧造价太昂贵。唯有武力才能争夺战功,

唯有节俭才能生财积德。

国家太平,家庭才有安全,

而今我们从哪里取得规范?此章称为“营建”,列为第七章。

八

自然界有金木水土火,

金属兵器,非有不可。

士兵不训练就去打仗,

这是上级的严重过错。威威阵容,严严步履,

应以鹅鹳行列为楷模。

军营布阵,当有规矩,

这是将军们的职责。军队打仗要取得胜利,

依靠官兵的智、仁、勇。

夜读兵书,重在领悟,

首先就要讲究谋略。我听说在过去的战例中,

轻敌,就会缺智寡谋,

侥幸,就会失败害民,

这不是一孔之见的担忧。此章称为“军旅”,列为第八。

九

太阳 东升,市场热闹,

万民生计,买卖依靠。

商人贸易才能积累财富,

一分一毫他们都会计较。为富不仁者奴役贫民百姓,

封疆大吏 们却要点头称好。

舍本求末,兼并财富,

这并非合理的治国之道。此章称为“市易”,列为第九。

参考资料