李冶和朱世杰
1248年,金代數學家李冶在其著作《測圓海鏡》、《益古演段》,以及元代數學家朱世杰的《算學啟蒙下卷》《四元玉鑒》,都系統地介紹了用天元術建立二次方程。
天元術是利用未知數列方程的一般***,與現代代數學中列方程的***基本一致,但寫法不同。它首先要立天元一為某某”,相當于設x為某某”,再根據問題給出的條件列出兩個相等的代數式。然后,通過類似合并同類項的過程,得出一個一端為零的方程。天元術的表示***不完全一致,按照李冶的記法,方程a0xna1xn-1.an-1xan=0可寫成如下形式:其中a0,a1,.,an表示方程各項系數,均為籌算數碼,在常數項旁邊記一太”字(或在一次項旁邊記一元”字),太”或元”向上每層減少一次冪,向下每層增加一次冪。方程列出后,再按增乘開***求正實根。
據史籍記載,金、元之際已有一批有關天元術的著作,如蔣周《益古演段》、李文一《照膽》、石信道《鈐經》、劉汝鍇《如積釋鎖》等(朱世杰《四元玉鑒》祖頤后序),可惜都已失傳。但在稍晚的李冶和朱世杰的著作中,都對天元術作了清楚的闡述。
李冶(1192—1279),真定欒城(今河北欒城縣)人。生于大興府(今北京市)。曾為金代詞賦科進士,鈞州(今河南禹州市)知州,元翰林學士知制誥同修國史。晚年隱居于河北元氏縣封龍山下,收徒講學并勤于著述,與元好問、張德輝交往密切,時人尊稱龍山三老”。他在數學專著《測圓海鏡》(12卷)中通過勾股容圓問題全面地論述了設立未知數和列方程的步驟、技巧、運算法則,以及文字符號表示法等,使天元術發展到相當成熟的新階段。《益古演段》(3卷)則是他為天元術初學者所寫的一部簡明易曉的入門書。
朱世杰,字漢卿,號松庭,生平不詳。所著《算學啟蒙》3卷,內容包括常用數據、度量衡和田畝面積單位的換算、算四則運算法則、籌算簡法、分數、比例、面積、體積、盈不足術、高階等差級數求和、數字方程解法、線性方程組解法、天元術等,是一部較全面的數學啟蒙書籍。《數學啟蒙》曾傳入朝鮮和日本,產生了一定的影響。
天元術的出現,提供了列方程的統一***,其步驟要比***數學家的代數學進步得多。而在歐洲,只是到了十六世紀才做到這一點。此外,宋代創立的增乘開***又簡化了求解數學高次方程正根的運算過程。因此,在這一時期,列方程和解方程都有了簡單明確的***和程式,中國古典代數學發展到了比較完備的階段。
不僅如此,繼天元術之后,數學家又很快把這種***推廣到多元高次方程組,如李德載《兩儀群英集臻》有天、地二元,劉大鑒《乾坤括囊》有天、地、人三元等,最后又由朱世杰創立了四元術