二元一次方程组的“前世今生”

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  中文里“方程”这个名词,最早出现在《九章算术》中.《九章算术》是我国古代第一部数学专著,成书于东汉初年,至今仍有传本.全书分为九章,《方程》是其中的第八章.但是在这一章里的“方程”,是指多元一次方程组,与现在我们所理解的“方程”的意义并不同.
  我国古代数学家刘徽注释《九章算术》说:“程,课程也.群物总杂,各列有数,总言其实,令每行为率.二物者再程,三物者三程,皆如物数程之,并列为行,故谓之方程.”这里的“如物数程之”是指有几个未知数就要列出几个方程.
  古代,人们还不会用字母来表示未知数,人们是利用算筹来布置方程的.如下图,图中各行由上而下列出的算筹其实就分别表示x、y的系数以及常数项.一次方程组各未知数的系数以及常数项用算筹摆放时类似方阵,所以叫做方程.
  
  在《方程》这一章中共有18道题目,其中关于二元一次方程组的就有8题.例如第7道题:
  方程:今有牛五、羊二,直金十两.牛二、羊五,直金八两.问牛羊各直金几何?
  答曰:牛一,直金一两、二十一分两之一十三,羊一,直金二十一分两之二十.
  术曰:如方程.
  刚才所列举的算筹方阵即本题的方阵,古人利用算筹解方程组的基本方法,在理论上和我们现在所学习的“加减消元法”基本一致.《九章算术》中解方程组的方法,不仅是我国古代数学中的伟大成就,而且是世界数学史上的一大瑰宝.
  在人类发展的历史上,古巴比伦人的代数知识是相当丰富的,在已发掘的50万块记载巴比伦楔形文字的泥板中,有400块是数学泥板,在这些数学泥板中,有许多记载着有关方程的问题.他们主要用文字表达,偶尔使用记号表示未知量.虽然在泥板中记载的有关二元一次方程组的题目不多,解法也不如《九章算术》中的方程术来得简便,但在人类历史上,古巴比伦人却是最早掌握了二次方程甚至更高次方程的解法的民族.
  在前人的基础上,古希腊人把数学推进到了一个崭新的时代,现代意义上的“方程”一词,就来源于拉丁文oequation,英文equation也由此演变而来.到了亚历山大里亚时期,随着数学应用范围的扩大,出现了越来越多的与方程有关的代数问题,也涌现了越来越多的研究者,丢番图就是最具代表性的人物,其代表作《算术》中记载了130个与一次和二次方程有关的问题,其成就远远超出了他所处的时代.
  随着数学学科的发展,直到1673年,法國科学家笛卡尔才在《几何学》中使用x、y、z表示正的未知数,随后,渐渐地才有了我们现在所熟悉的二元一次方程组以及方程.
  其实,早在我国宋元时期,就已经正式出现了用“元”这个字来表示未知数的用法,它源于当时的“天元术”.所谓“天元术”,就是在解代数问题时,先“立天元一为某某”,再根据题设条件,建立等式,最后通过移项和合并同类项,得到一个方程.“立天元一为某某”,就是我们现在的“设某某为x”.
  元代的教育家、数学家朱世杰(1249年~1314年)在《四元玉鉴》中将“天元术”拓广为“四元术”,除了天元,又引入地元、人元、物元,以解决多元高次方程组问题.而其实“天元、地元、人元、物元”即类似于“x、y、z、w”.
  方程是我们实际生活中十分重要的数学模型,二元一次方程组在生活中也有着广泛的应用,我们在学习“二元一次方程组”时一定接触了许多.就如小学奥数里常见的“鸡兔同笼”问题,如果我们利用二元一次方程组来解决,那就“so easy”啦.
  (作者单位:江苏省盐城市初级中学)
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