2024年9月20日

天元术是哪一个数学家创造出来的(为何未知量称之为“元”)

“一元一次方程”,“一元二次方程”,“二元一次方程组”,这种就是我们中学便已耳熟能详的专有名词,在其中“元”的内涵不言而喻:未知量。“一元”是指方程仅带有一个未知数,“二元”则表示是方程写出带有未知量,可你是不是想要一个问题:为何未知量要称为“元”?

1 未知量与“元”

对于这个问题,在网络上盛传一些表述,我们一起来看看:

古时候常见词类活用,而“元”通“源”,解方程的一个过程也就是求未知数的一个过程,是一个“追根溯源”的一个过程;标记解析几何创始人韦达曾以元音字母A,E,I等表明未知量,故未知量叫“元”;“元”是一个量词,与“一元钱”、“两元钱”里的“元”含意相近;“元”意为“自变量”,一元方程含一个自变量,二元方程含2个自变量;“元”是以日本传到中国的一个数学术语;“元”只不过是大家约定俗成一个数学术语。

看上去每一个表述都有一定的大道理,尤其是第一个与第二个,那客观事实正是如此吗?

2 天元术

事实上,用“元”这字表明未知量,来源于在我国宋元时期的“天元术”。天元术是中国古时候数学家创造出来的一种运用未知量列方程的一般方式。

在宋朝之前,数学家要列举一个方程,如唐朝数学家王孝通应用几何图形方式列三次方程,通常需要精湛的数学技巧、繁杂的推论和大量文字描述,这是一件非常艰难的工作中。值得一提的是,虽然王孝通主编的《缉古算经》十分比较难懂,但他在这本书里第一次提出三次方程以及打法,是中国现有最开始解三次方程的经典著作(唐武德八年,即公年625年),这一发现比西方国家塔尔塔利亚(TN.artaglia)于1541年找到的三次方程打法——卡尔达诺公式计算提早约900年。

王孝通(中国唐朝算历医生)

伴随着宋朝创建的增乘开方式的高速发展,解方程拥有完备的方式,这便立即推动了针对列方程方式的科学研究,因此,相继出现了中国数学中的又一项优秀造就——天元术。

天元术的创造者为宋元时期二位有名的数学家——李冶、朱世杰。这两名数学家与另一个二位巨头——张建、秦九韶合称为“宋元数学四大伙儿”。

李冶(1192年—1279年)

相关天元术的实际叙述常见于李冶的经典著作《测圆海镜》和《益古演段》及其朱世杰的经典著作《算学启蒙下卷》和《四元玉鉴》。

《测圆海镜》

用天元术列方程的第一步是:

立中天一为某某某

用我们现在的说法是

设某某某是未知量

例如李冶在《测圆海镜》中运用天元术处理“勾股容圆”难题(图中)时,最先第一步还提出

立中天一为半经事实上其含意即是设圆半径为

随后根据难题的前提条件列举2个相等中天式(便是含这一中天的代数式),把那2个中天式做差,就得到一个中天式,便是高次方程式。然后用增乘开方式求这个方程的正根。

方程的系数是用算筹表述的,算筹记数法是中国古代数学一个非常杰出的发明。

算筹记数法 中天式(方程)

例如,图中则表示方程

能够得知,用天元术答题时,多种式的写法是:只列举各类指数,按幂的频次从高到低的顺序,自上而下排序。一次项指数旁标明“元”字,上边分别为二次项系数,三次项指数等,下边为常数项。

至清朝末年,数学家李善兰和传道士伟烈亚力合译了德麦考利的《代数学》。这本书中,李善兰用“天、地、人、物”各自取代英语字母.

因此,“天、地、人、物”变成表明不明数的符号,而“元”即是未知量的通称。“元”这一专业术语变成了西方国家数学术语与中国传统式数学术语完美融合的代表。

论文参考文献[1]汪晓勤.HPM:数学发展史与数学教学[M].科学出版社,2017.

由来:尺寸吴的小学数学课堂

编写:荔技