让古算经成为可学的文本

1261年,南宋钱塘人杨辉撰成《详解九章算法》。关于他的生平,可靠材料主要来自本人著作,不能由其善于讲解就虚构一所任教学校或完整官职履历。这个年份标记本书的成书,杨辉后来关于乘除、田亩和其他算法的著作则有各自年代,不应全部归入同一部书。

《详解九章算法》面对的是已有悠久注释传统的《九章算术》。经典给出问题、答案和算法,学习者还需要知道数据为何这样安排、一步如何接续下一步、何时能将办法用于另一题。杨辉将详解与比类加入古题之旁,把阅读算经变成观察方法和练习迁移的过程。

参考:[1] [2]

五层材料不能混成一个作者

杨辉使用的底本包含《九章算术》本文、刘徽注、李淳风等注释及贾宪的细草。他又选择有代表性的题目进一步解释,保留其他题目的位置,并添加新的组织内容。今天阅读传本时,不能把所有超出古经本文的文字都归给杨辉;辨认字体、标目和引述关系,是理解其贡献的前提。

这种层累结构并不妨碍创作,反而使后来的读者能在同一道题中比较不同解释。杨辉的工作既保存先前数学家的知识,也改变读者进入知识的路径。他不必重新发明每一种运算,仍然可以通过说明题意、调整步骤和增加同类问题,创造有用的教学成果。

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盈不足题怎样显示关系

盈不足方法用两次假设及其偏差推求未知量。关键在于理解数量变化与结果变化的联系,而不是记住一个固定数字。以玉石混合立方体一题为例,边长三寸给出二十七立方寸的总体积;每立方寸玉重七两、石重六两,总重十一斤,按每斤十六两折为一百七十六两。

若先把全部体积看成石,应重一百六十二两,比实重少十四两。每把一立方寸石换成玉增加一两,故玉占十四立方寸,石占十三立方寸。这里用便于今人理解的语言说明数量关系,原书的算法表达仍须结合筹算与注释阅读。答数可以代回总体积和总重量检查,两项都相合才算真正解题。

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三角形数表与贾宪的先例

杨辉保存的开方相关材料中,有按三角形排列的系数图,并明确联系贾宪的先前工作。因此,今天通称的杨辉三角,应理解为重要传存和讲解见证,不能据名称断言这张数表由杨辉孤立首创。其当时语境是乘方与开方计算,也不同于现代课本从组合计数出发的讲法。

用现代数字重述,数表两边为一,中间数由上一层相邻两数相加而来:一、一之后得到一、二、一,再得一、三、三、一。这样的规律能连续产生所需系数,减少逐次展开的劳动。现代二项式符号有助于解释用途,但若省去古人的计算目标和图表位置,便会失去这份材料原来服务算法教学的意义。

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比类与纂类寻找可复用的方法

比类并非只给原题换几个数字。不同现实对象可能具有相同的运算结构,形状相近的对象也可能因连续体与逐层堆积的差别而需要不同算法。杨辉讨论垛积时,将各层物件数目的变化同几何形体相比较,促使读者注意数列求和与体积计算之间既相通又有区别的地方。

卷末《纂类》重新组织古题,强调乘除、分率、盈不足、方程、勾股等方法关系。原来分散于不同应用章节的题目,可以因算法相通而被联系起来。对学习者而言,这使记忆对象从一个个故事转向识别条件:先判断问题属于怎样的数量关系,再选择合适的计算途径。

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残本保存了怎样的教学遗产

宋代原刊已经不能完整见到。部分内容经《永乐大典》及后世抄本保存,清代又有宜稼堂刊本等整理成果。今天所谓阅读本书,实际依赖不同传存线索互相补充;残缺不能证明原书没有某项内容,后人补辑也不能自动视为原刊的完整复原。

1261年的意义,在于一位数学作者把经典注释、具体演算、图表和问题分类联结起来。他留下的并非只有一张著名数表,而是如何使算法可理解、可检查、可迁移的实践。把成书、旧知来源和后世传本分别考察,才能看到数学教学自身也是知识发展的组成部分。

参考:[1] [2]