1303年的一部高阶算书
1303年,朱世杰完成《四元玉鉴》。莫若所作前序以元大德癸卯纪年,并记述这位燕山算学家长期游学授徒。书籍来自人员往来与教学积累,而不是某一天突然出现的一套符号。朱世杰较早的《算学启蒙》有入门和进阶功能,《四元玉鉴》则集中展示更复杂的代数与求和问题,两书的成书年代和用途不宜混同。
全书以分门题目、术文和图式组织知识,讨论勾股、田亩、物价、堆积等对象。题目中的生活场景帮助读者建立数量关系,但其中一些复杂条件也服务于展示算法能力,不能把每一题都当作某次真实工程或交易的实录。
未知量首先需要有位置
天元术把待求量立为天元,再依题意建立关系。四元术进一步区分天元、地元、人元、物元,使几种未知量可以同时参与计算。书序说明,常数居中,天元在下、地元在左、人元在右、物元在上。筹算的方位与排列因此承担意义:同一个数字放到另一处,代表的项便可能不同。
这些元不是现代字母的古代写法那么简单。筹式要区分未知量的不同乘方及相乘形成的项,还要处理正负数与空位。纸上保存的图式记录一种操作空间,读者必须先知道位置规则,才能理解哪些数可以相加减、哪些移位意味着乘上一个未知量。
参考:[1]
把题意变成可相消的关系
设未知量不是解答的终点。若问题涉及直角三角形,可以用天元、地元、人元分别组织勾、股、弦的关系,再把题目给出的和、差、积等条件写成不同筹式。同一数量可由两条路径表示,比较这两种表示,就能构造相消的机会。
核心困难是未知量之间彼此牵连。四元术通过演算、寄置、变换和相消,逐步把含较多未知量的关系化为较少未知量的关系,最后得到可以开方求解的一元式。这里的开方可涉及高次方程,不应只理解为今天计算一个数的平方根。求出最后一个量后,还要按原有关系回求其他量。
一个简化例子说明消元
可以用一个另设的浅例理解相消的目的,这不是《四元玉鉴》原题:已知甲乙两数之和为十,甲比乙多二。把和与差相加,乙在相反作用下消去,留下两个甲等于十二;先得甲为六,再由和得乙为四。这个例子只展示减少未知量的思想,不能代表书中高次筹式的全部步骤。
四元题的困难在于,同一未知量可能以平方或相互乘积出现,不能总靠一次加减解决。需要先加工若干关系,使将要消去的部分适合比较,再对剩下的关系重复操作。例题和图式的重要作用,就是让读者看见中间结构怎样变化,而不仅记住最后答案。
参考:[1]
数表、垛积与算法组织
《四元玉鉴》的内容并不限于联立方程。卷首保存开方系数图,书中也讨论垛积和有限差分等问题。物体按层堆放时,每层数目依次改变,总数便不能只用一层乘层数;计算者必须辨认层与层之间的规律,再组织求和。此类问题把直观的堆积形状转为可操作的数列关系。
这些内容和四元术共享一种重视程序组织的特点:先约定数的意义与位置,再依据规则反复推进。它们说明筹算并非只能做简单加减,恰当安排系数和步骤可以处理高度复杂的问题。但现代人用代数式重写时,应说明那是解释工具,不能把后出的抽象概念直接说成朱世杰原有的术语。
传存与重新理解
《四元玉鉴》的传承并不连续顺畅。后世一些读者已难以解释原书简略的筹式,清代重新刊刻与研究时,罗士琳等人为其补作细草,详细展开计算过程。这些补草帮助保存和传播算法,却属于后人的重建,不能不加区分地当作1303年原书逐步留下的全部演算。
因此,这个节点既是宋元代数发展的重要见证,也呈现技术文本对读者共同知识的依赖。当筹算训练衰落,原来足够简洁的说明会变得晦涩;当研究者把图式、术文和传本重新对照,算法又获得可理解的形式。它的历史意义在于如何表示、组织并逐步消去多个未知量,而不只在于与近代某个结果比较谁更早。