撰稿人:(2024-25) 4E 肖揚
編輯人:(2024-25) 4D 黃樂軒
秦九韶
朝代 : 宋代
出生地 : 普州安岳(今属四川)人
生卒 : 1208年 - 1268年
代表作 : 數書九章
成就 : 三斜求積術、大衍求一術、正負開方術、秦九韶算法
秦九韶,字道古,出生於普州(今四川安婆縣)。他的祖父,父親都是進士,自幼苦學六藝,博覽群書。個人的聰穎好學、刻苦勤奮,秦九韶成為了一位通才,精研星象,音律,算術,詩詞,弓劍,營造等多方面知識。
秦九韶的數學專著《數書九章》,該書系統總結和發展了高次方程數值解法和一次同餘式組解法,創立了相當完備的“正負開方術”和“大衍求一術” 。其中的大衍求一術(一次同餘方程組問題的解法,也就是現在所稱的中國剩餘定理的歷史解法)和秦九韶算法(高次方程正根的數值求法)代表了當時世界數學發展的最高水準。
三斜求積術 (Quadrature of the Triangle)
秦九韶把三角形的三條邊分別稱為小斜,中斜,大斜。 「術」即為方法, 三斜求積術就是用小斜平方加上大斜平方,減中斜平方,取餘數的一半的平方, 而得一個數。小斜平方乘以大斜平方,減上面所得到的那個數,相乘後餘數被4除,所得的數作為實,作1為為隅,開平方後即得面積。
註:西方數學家海倫也得到了類似的公式,即海倫公式(Heron’s Formula),表達式為:S = s(s-a)(s-b)(s-c) (s等於三角形週長的一半)。
大衍求一術(中國剩餘定理)
大衍求一術是一次同餘方程組的核心解法,該問題的解法始於孫子算經中的「今有物不知數」問題。
物不知數,中國古代著名算題。原載《孫子算經》卷下第二十六題:“今有物不知其數,三三數之剩二;五五數之剩三;七七數之剩二。問物幾何?”
用現代數學語言表達一般的「物不知數」問題就是:
已知一些兩兩互素的正整數𝑚1,𝑚2,…,𝑚𝑛,以及一個正整數𝑥 滿足:
在《數書九章》第一卷的「大衍總術」中,秦九韶將𝑚1,𝑚2,…,𝑚𝑛 稱為定數,將它們的總乘積𝑀=𝑚1,𝑚2,…𝑚𝑛 稱為母基,再將衍母除以各個定數所得到的商數:𝑀𝑖=𝑀/𝑚𝑖 稱為衍數。接下來他將滿足𝑘𝑖𝑀𝑖≡1(mod𝑚𝑖) 的正整數𝑘𝑖 稱為乘率,只要知道了各個乘率𝑘𝑖 ,就可以得到方程組的解:
而計算乘率的方法就是大衍求一術。秦九韶完整地敘述了“大衍求一術”,其實質是輾轉相除法的應用。於是,針對同餘模數兩兩互素的情況,秦九韶得到了系統的解法,在模數不是兩兩同餘時,需要將定數修正(剔除公因數)以應用大衍求一術。由於沒有素因數分解的概念,秦九韶用了一些技巧來修正定數以使用大衍求一術。 1801年,高斯系統地解決了一元不定方程組的問題,其方法和秦九韶是一樣的。
秦九韶演算法(高次方程式正根的數值求法)
秦九韶算法是一種多項式簡化算法。在西方被稱作霍納算法。
一般而言,一元n次多項式的求值需要經過(n+1)*n/2次乘法和n次加法,而秦九韶算法只需要n次乘法和n次加法。在人工計算時,一次大大簡化了運算過程。
把一個n次多項式:f(x) = anxn + an-1xn-1 + …+a1x+a0
改寫為:
V2=V1x+an-2
V3=V2*x+an-2
……
Vn=Vn-1x+a0
這樣,求n次多項式f(x)的值就轉化為求n個一次多項式的值, 即對於一個n次多項式,至多做n次乘法和n次加法。