绍兴二十七年的临安城,春日融融,西湖水波不兴,堤岸柳絮如烟。
然而,在城西一处僻静的宅邸“演算法堂”内,却弥漫着一种与窗外春色截然不同的、凝神静思的冷峻气息。
这里没有丝竹管弦,只有笔尖划过纸页的沙沙声,以及间或响起的、棋子落于棋盘般的清脆声响。
宅邸的主人,正是年近五旬、已辞官归隐、将全部心血倾注于演算之学的秦九韶。
此刻,秦九韶正伏案于一张宽大的紫檀木书案前。
案上并无寻常文人雅士喜爱的笔砚玩器,而是堆满了算筹、标有刻度的矩尺、圆规、以及写满密密麻麻演算过程的稿纸。
他身形清瘦,面容略显憔悴,但一双眼睛却锐利如鹰隼,紧紧盯着面前一部即将完成的书稿。
稿纸的扉页上,以工整的楷书写着四个大字——《数书九章》。
这部耗费他近二十年心血的巨着,已近尾声。
今日,他正进行最后一遍校勘,重点便是书中最为精妙、也最为他自负的两章——“大衍求一术” 与 “正负开方术”。
秦九韶的指尖轻轻划过“大衍求一术”部分的文字与算草。
这一部分,解决的是“物不知数”一类的问题:今有物不知其数,若三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二,问物几何?
这看似一道趣味算题,实则涉及深奥的一次同余方程组求解。
前人解法繁琐,且难以推广。
而秦九韶,从《孙子算经》的“物不知数”题和历代历法计算中的“上元积年”推算获得启发,经过无数次演算与推演,终于创立了一套系统、机械化的解法。
他创立了“衍母”、“衍数”、“乘率”等概念,通过一套精妙的计算程序(辗转相除,求乘率,继而求和),可以求解任意个模数两两互素的一次同余方程组。其核心在于“求一”,即求出满足特定条件的“乘率”。
秦九韶在此章最后,以一个复杂的历法计算实例(涉及天干地支、日月运行周期的余数问题)演示了此术的威力,其推算之简洁、结果之精确,远超古人。
他深知,此术不仅可用于历法修订,更在军事调度(如计算兵力轮换周期)、工程营建(如计算材料分配)、音律制定(如计算管长比例) 等领域有广泛应用,实为贯通百家的算学枢纽。
校完此章,秦九韶稍作歇息,饮了一口已冷的茶,目光落在了更为艰深的“正负开方术”部分。
此术,旨在求解高次代数方程的数值解。
自《九章算术》以来,求解二次方程已有“开带从平方”法,但对于三次乃至更高次的方程,则长期缺乏有效的一般解法。
秦九韶在此取得了突破性的进展。
他系统地总结了增乘开方法,将其推广到了任意高次方程。
其法精要在于“随乘随加”,通过一套精密的算筹布列与变换规则,逐步求出方程正根的近似值,并可达到任意所需的精确度。
尤其了不起的是,他明确处理了方程系数为负数的情况(即“正负开方”之名由来),这使得他的方法具有极大的普遍性。
稿纸上,他详细演算了诸如
x^3 + 3x^2 - 6x - 10 = 0
-x^4 + 15x^2 + 8x - 120 = 0
等复杂方程的求解过程,步骤清晰,逻辑严谨,宛如一套精密的思维体操。
秦九韶仿佛能透过这些符号,看到天体运行的轨迹、堤坝截面的最优形状、音律的和谐比例。
他意识到,掌握了解析高次方程的能力,便意味着能够更精确地描述和驾驭世间万物的数量关系。
除了这两大核心成就,《数书九章》全书内容包罗万象,共分九大类:
大衍类:以“大衍求一术”为核心,处理同余问题。
天时类:计算历法、天文、气象中的数学问题。
田域类:土地测量、面积计算。
测望类:利用勾股术、重差术进行大地测量、工程计算。
赋役类:田赋、税收、徭役的合理分配计算。
钱谷类:粮食征收、仓储、贸易中的数学问题。
营建类:城池、宫室、水利工程中的土方、材料计算。
军旅类:兵员配置、营阵布置、军粮调配的运筹。
市易类:市场交易、物价、利息计算。
每一类问题,秦九韶都力求给出一般性解法(“术”),并辅以典型例题说明,理论性与实用性并重。
他尤为强调数学的实用价值,在序言中写道:“夫物莫不有数。
规矩方圆,非数不成; 度量权衡,非数不的; 智勇强怯,非数不明。
…… 数与道非二本也。”
将数学提升到与“道”同等的高度,认为它是探究世间规律的根本工具。
校勘完毕,秦九韶放下笔,长舒一口气,感到一种前所未有的疲惫与满足交织的平静。
他缓步走到窗前,望着庭院中一株含苞待放的白玉兰,思绪却飞向了远方。
他想起年轻时随父宦游,目睹水利工程中计算土方的繁琐;想起在军中任职,参与调度粮草时遇到的复杂分配问题;想起与历官争论日食时刻,深感计算精度的重要。正是这些实际需求,驱使他不断探索,最终凝结成这部心血之作。
“老师,格物院崔博士前来拜访。”书童的声音打断了他的思绪。
来者是格物院算学博士崔增,一位醉心算学的年轻官员,对秦九韶仰慕已久。
秦九韶将崔增引入书房,将刚刚校完的《数书九章》手稿递给他。
崔增恭敬地接过,初时只是随意翻阅,但很快,他的脸色变得凝重,呼吸也急促起来。
当他读到“大衍求一术”的精妙变换和“正负开方术”求解高次方程的完整步骤时,忍不住拍案叫绝,激动得声音发颤:“奇书!真乃千古奇书也!
先生此着, 发古人之未发, 解千古之难题 !
这‘大衍术’可解历法积年之惑,这‘开方术’足以测算最精密的仪象!
此书若刊行天下,必将 震动士林,泽被后世 !
我辈学算之人,自此有阶可攀,有门可入矣!”
秦九韶淡然一笑:“崔博士过誉了。
九韶不过是将前人零珠碎玉,加以穿凿, 偶有所得罢了。
算学之道,深如瀚海,吾辈所知,不过一瓢。
愿此拙作,能 抛砖引玉 , 使后世才俊, 能循此阶, 更上一层楼 。”
崔增当即表示,要将此书推荐给格物院,争取由朝廷出资,精校刊印,广为流传。
他还提到,此书中的许多算法,尤其是关于测量和方程的解法,正可应用于格物院当前进行的航道测量、兵器弹道计算、新式机械设计等项目中。
数月后,经由格物院推荐,朝廷下旨,将《数书九章》收录于秘书省,并命国子监刻印,颁行天下,供官学教授及有志算学者研习。
消息传出,在士林,尤其是在工部、军器监、市舶司、司天监等需精于计算的部门,引起了不小的轰动。
虽然能完全读懂其中深奥之处的人并不多,但大家都意识到,一部划时代的算学着作已然诞生。
赵构在宫内也翻阅了由格物院进呈的《数书九章》抄本。
他对其中具体的演算过程并不完全明了,但却深刻理解了其所代表的理性精神与实用价值。
他对近侍感叹:“秦卿此书,虽无诗词之华彩,然其 格物之精微,效用之广远, 实为 经世致用之实学 !
国之强盛, 不仅在于兵甲之利,仓廪之实, 亦在于 算数之精,格物之明 !
此乃 强国之基石 也。
传旨, 厚赏秦九韶 , 并令格物院、国子监 , 加强算学传授与研究 。”
《数书九章》的完成与流传,标志着宋代数学,乃至中国古代数学达到了一个理论性与应用性相结合的高峰。
它不仅是秦九韶个人智慧的结晶,更是那个重视科技、讲求实学的时代精神的产物。
它所蕴含的数学思想与方法,如同埋下的种子,将在后世,甚至远播海外,悄然影响着科学发展的进程。
帝国的强大,不仅体现在强大的疆土与财富上,更深深植根于这些探索自然规律、提升认知水平的无形基石之中。