数学家:数学思想闪耀光芒的贾宪

贾宪是北宋时期杰出的数学家。 曾撰写的《黄帝九章算法细草》和《算法斆古集》均已失传。 他的主要贡献是创造了“贾宪三角”和增乘开方法

贾宪在数学知识的普及和教育过程中,注重数学教育的系统化、纲领化、抽象化及思维的多样化。 从这里我们不难发现他的数学教育思想的闪光之处。

贾宪是宋元时期现在知道其成就的第一位著名数学家。 据《宋史》记载,贾宪师从北宋前期著名的天文学家和数学家楚衍学习天文、历算。 对于《九章算术》、《缀术》、《海岛算经》诸算经的学习尤得其妙。

根据记载,贾宪著有《黄帝九章算经细草》9卷、《算法斅古集》2卷及《释锁》,可惜均已失传。 南宋时期著名数学家杨辉著《详解九章算法》中曾引用贾宪的“开方作法本源”图和“增乘开方法”。

此外,贾宪给出的“立成释锁开方法”,完善的“勾股生变十三图”,以及创立的“增乘方求廉法”,都表明他对算法抽象化、程序化、机械化作出了重要贡献。

虽然有关贾宪的资料保存下来的并不完整,但从杨辉缉录的《黄帝九章算经细草》中,我们仍然可以发现他的一些独到的数学思想和方法,主要有抽象分析法和程序化方法。

贾宪在研究《九章算术》过程中,使用了抽象分析法,尤其在解决勾股问题时更为突出。 他首先提出了“勾股生变十三图”,具备了勾股弦及其和差的所有关系,并对勾股问题进行了抽象分析。

正是由于贾宪掌握了这一方法,才使他能够使用纯数学的方法改写《九章算术》术文,给后人留下公式化的解题范例。 在方程术等其他章节的细草中,他也广泛运用了这种方法。

程序化方法主要是指探究问题的思维程序、过程和步骤。 适用于同一理论体系下,同一类问题的解决。 贾宪的“增乘开方法”和“增乘方求廉法”尤其集中地体现了这一方法。

贾宪在开立方过程中,已经形成了固定的程序。 他的工作则使得开方程序系统化、规范化。 贾宪的数学方法论,对宋元数学家产生了深远影响,纵观创造宋元数学主要成就的“宋元数学四大家”,莫不从中吸取精髓。

贾宪的“增乘开方法”开创了开高次方的研究课题,后经秦九韶“正负开方术”加以完善,使高次方程求正跟的问题得以解决。

加之从李冶的天元术至朱世杰的四元术的建立,终于在14世纪初建立起一套完整的方程学理论,使之成为宋元数学界最有成就的课题。

贾宪三角在西方文献中称“帕斯卡三角”,1654年为法国数学家B·帕斯卡重新发现。

贾宪三角的给出,开创了高阶等差级数求和问题的研究方向。 朱世杰从“三角”的每条斜线上发现了“三角垜”、“撒星形垜”等高阶等差级数求和公式。

“增乘开方法”事实上简化了筹算程序,并使程序化更加合理,这对后世筹算乃至于算具的改进是有启迪意义的。

《黄帝九章算经细草》开创的数学研究方法,被后世数学家广为借鉴。 清代学术流派“乾嘉学派”在保存和整理数学著作时,就曾对《黄帝九章算经细草》等一批算书或注释或图说。

古代学者著书立说目的之一就是教育世人。 在数学知识的普及和教育过程中,贾宪重视对一般性解法的抽象,注重对知识纲要的概括,注重系统化,注重发散性思维的锻炼。 从这里我们不难发现他的数学教育思想的闪光之处。

贾宪重视对一般性解法的抽象。 他之所以这样做,应该是深受我国古代早已有之的“授人以鱼不如授人以渔”的教育思想影响。

据现在所知,《黄帝九章算经细草》约成书于1050年前后,此书出版后,在社会上流传较广,在一定程度上逐渐代替了《九章算术》。 这也是当时社会对其数学教育思想的认可。

贾宪注重对知识纲要的概括。 他在给出“立成释锁开方法”之后,又提出“增乘方求廉法”并给出六阶贾宪三角,解释开各次方之间的联系。 讨论勾股问题则先论“勾股生变十三图”,而后谈论问题的解法,给人以清晰的体系感。

他的这些尝试,都体现了对知识纲要的重视。 在数学教育上,注重对知识纲要的概括,也不失为一种良好的教学方法。

现存资料显示,贾宪未涉足刘徽的分数和极限理论领域。 再加上他在《黄帝九章算经细草》中所讨论的开方问题未涉及开不尽情况,他甚至把《九章算术》中有分数解的问题改题设以得整数解。 这些迹象表明他的工作是建立在整数集之上的。

在此基础上,贾宪提纲挈领地概括了勾股和开方问题,给出了诸多其他问题的一般性解法,从中我们隐约可以看到系统化方法的痕迹。

事实上,以贾宪的数学知识平,他不可能不熟知分数,也不会不了解刘徽的求微数思想,只是他对开方开不尽的问题没有研究透彻。 因此在他的著述中才回避了分数,目的是把自己掌握的数学知识,系统地传于世人。

这在古代数学教育史上是难能可贵的。

贾宪注重发散性思维的锻炼。 他讨论《九章算术》中诸类问题时,不是固守前人的思路和算法,发现了很多新的计算方法。 如“课分法”、“减分法”、“今有术”、“合率术”、“分率术”、“方程术”、“两不足术”、“勾股旁要法”等。

由此可见,贾宪不仅注重概括理论化的研究方法,同时也身体力行地致力于发散性思维的锻炼,这对于知识的创新是大有裨益的。

《九章算术》是11世纪以前我国最著名的数学著作,在其流传过程中,为其作注的人很多。 而在数学理论上有突出贡献的主要是3位数学家,即刘徽理论基础的奠定、贾宪理论水平的提高和杨辉理论的基本完善,贾宪起着承前启后的作用

另一方面,魏晋南北朝兴起的数学研究热潮自唐而中断,贾宪的数学方法论又激发了宋元时期的数学研究热潮,他又起到推波助澜的作用。

贾宪对于《九章算术》中提出的问题,抽象分析,揭示数学本质;借助程序化,讲解方法的原理;提纲挈领,梳理知识脉络;注重知识系统化,避免产生悖论。 这些思想方法对宋元数学家有很深的影响。

比如:杨辉著《详解九章算法》借鉴了贾宪的抽象和探索成果,对《九章》各题重新纂类;李冶著《测圆海镜》就继承并发扬了这些数学方法,建立了一个逻辑严密的演绎体系;

朱世杰著《四元玉鉴》也用到这些思想方法,成就了我过古代数学史上的巅峰之作;秦九韶著《数术大略》不言具体数字更是师法贾宪,可见其方法论的生命力。

当然,这些数学思想方法也并非贾宪独创,也是历代数学著述、研究、积累的结果,而贾宪又将其提炼和传承。

总之,“贾宪三角”的发现及与之密切相关的“增乘开方法”的创立,对于我国古典数学于宋元时期达到高峰起到了重要的作用。

 

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