九类问题组织经世计算

1247年,南宋秦九韶完成《数书九章》。全书十八卷,分大衍、天时、田域、测望、赋役、钱谷、营建、军旅、事物九类,每类九题,共八十一题。它并非《九章算术》的另一名称,而是利用宋代问题和算法重新组织的一部著作,题目所描述的活动也不能一概定为1247年发生。

秦九韶有地方任职和办理实际事务的经历,自序还提到在都城接触历算知识。书中既有历法周期,也有田亩、工役、粮运、税收与交易。这些题材把计算放在官府需要分配资源、核对账目和预先筹划的环境中,但精心设置的数字也可能服务于算法展示,未必都是未经加工的档案。

参考:[1] [2]

古历会积与多个周期

古历会积题把年、月和六十日干支循环放在一起,要求追求它们在给定条件下的会合。困难在于各周期长度不同,而且题目还给出彼此错开的时间位置。逐日试算虽直观,却不能高效处理很长的周期;大衍类方法正是要把这类条件组织为有规则的余数计算。

用现代语言,可以将问题理解为寻找同时满足若干除法余数条件的整数,但原书自有大衍总数术等术语。大衍求一术是其中求出关键乘率的步骤,不能把这个子程序与整套求解流程完全混同。它也与唐代同名的大衍历不是同一项成果,两个名称相近,不构成直接继承的证据。

参考:[1] [2]

求一为何能帮助合并条件

要合并不同余数条件,可以先造出对某一除数留下所需余数、对其他除数却整除的数,再将它们合成。难点是怎样找到合适的倍数。以一个简化说明为例:三十五除以三余二,乘二后成为七十,除以三就余一。这个二就是把余二变为余一所需的乘率,实际复杂问题当然不能总靠心算试出。

秦九韶用有组织的除法演算求取这类乘率,使处理大数成为可执行的程序。各除数并不总是互素,原题还需相应整理与判断。若直接套用现代最简单的互素情形,就会漏掉原书处理条件的工作。所得结果最后还应放回各个周期或余数要求中核对,而不能只检查一项条件。

参考:[1]

从三边求田积到远测圆城

田域类的三斜求积讨论已知三边而求三角形面积。没有现成的垂线长度,就不能直接拿底边乘高度;算法把边长之间的关系转化为可开方求出的量,再得到面积。它表明土地计算可以超出规则长方形,但输入的三边仍必须来自测量,计算不能补救错误的边长记录。

测望类的遥度圆城把观察位置、距离和圆形城郭的几何条件联系起来,最终归结为高次方程。这里的目标不是抽象地解一道孤立方程,而是在不能直接量取全城直径时,由可以取得的量推求目标。繁复的关系经代入和整理,才能转换成筹算可处理的系数排列。

参考:[1] [2]

正负开方怎样推进求根

《数书九章》的正负开方处理从低次到较高次数的方程。计算者先组织各项系数,再逐步试定根的位值,利用反复乘加更新有关数字,使下一位的判断建立在前一步剩余关系上。今天用现代代数符号可以展示其中结构,但原书呈现的是筹式、位次和具体运算程序。

这一办法的价值不只在于能算出一个答案,还在于将较长计算拆成重复的有限步骤。不过它不等同于现代关于全部复数根的理论,也不能仅凭后世出现相似算法便断言存在直接传播。历史比较需要同时看结果、操作次序、表达媒介以及可能的接触证据。

参考:[1] [2]

行政用途与书籍传承

赋役与钱谷等题还处理负担分派、税额调整、运输费用和粮食容积。计算之前先统一单位、辨明分配依据,往往同运算本身一样重要。例如路程、劳力和承担数量若混为一项指标,算术无误也可能分配失当。书中的问题设置因此提供了观察宋代行政理想与数量管理的窗口。

此书经过后世抄录、整理和刊印才传到今天,现代校释又对讹误、步骤和术语作解释。成书、传存与现代重释是三个阶段,不可相互替代。它在数学史上的分量,来自将余数合并、数值求根与多种实际题材编成系统著作,使复杂算法具有可保存、可学习和可再检查的文字形态。

参考:[1] [2]