《九章算术》中的二元一次方方程组

来源 :中学生数理化·七年级数学人教版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:whg_2001
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  大自然充满了未知,但人类用智慧架起了一座座从已知通向未知的桥粱,构筑了灿烂的科学文化.线性方程组及其求解,就是桥梁之一.
  代数学发展的一个主要方向就是方程理论.自埃及祭司阿莫斯用象形文字写下史上第一个一元一次方程后,相关理论研究逐渐向两个方向延伸:增大未知数的次数,衍生出一元高次方程理论:增加未知项的个数,创造了线性方程组理论.值得骄傲的是,早在《九章算术》成书时代,中国古人已对较为复杂的线性方程组问题展开了研究,而西方的相关研究直至17世纪尚处于初级阶段.
  1.中国古代的线性方程组,
  同学们从教科书上学到的“方程”术语源于英文Equation之翻译(清代数学家李善兰首泽),然而中国古代数学中的“方程”并非现代“含有未知数的等式”之含义,据成书早于《九章算术》的江陵张家山竹简《算数书》记载,“方程”是由“程禾”算法发展而来的.“程禾”就是考核粮食作物的产量.在《九章算术》的“方程”章中,其前六题皆是测算粮食产量问题,如第一题:
  今有上禾(上等稻)三秉(捆),中禾二秉,下禾一秉,实(谷子)三十九斗;上禾二秉,中禾三秉,下禾一秉,实三十四斗;上禾一秉,中禾二秉,下禾三秉,实二十六斗,上、中、下禾一秉各几何?
  刘徽在《九章算术》“方程”章开篇对“方程”诠释道:
  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.
  其中“数”乃群物之数,即诸未知项的系数,“实”相当于常数项,“总”则暗示了等量关系,因而“方程”的每行都可以看作一个多元一次方程,“方程”各行联立起来就组成了一个线性方程组.因此,中国古代的“方程”就是现在的线性方程组.
  其他国家或民族给出联立一次方程组的解法比中国晚不少年,如在印度最早出现在婆罗摩笈多(598-660)的著作《婆罗摩修正体系》之中,而欧洲最早提出三元一次方程组解法者是法国数学家布丢(1485-1572).
  2.《九章算术》中的二元一次方程组.
  《九章算术》“方程”章中共计18道题目,其中关于二元一次方程组的有8道题,其中一题就是典型的二元一次方程组:
  今有上禾七秉,损实一斗,益之下禾二秉,而实一十斗;下禾八秉,益实一斗与上禾二秉,而实一十斗.上、下禾实一秉各几何? 这里的“损实”就是减去,“益实”就是加上,故而“益实”和“损实”是一对具有相反意义的概念.同时在“术”中还给出移项的概念.
  在《九章算术》中,多是采用分离系数法表示线性方程组,这相当于现在的矩阵表示(线性方程组系数用数表表示的形式).而解线性方程组所使用的直除法,与矩阵初等变换一致(交换两行位置,某行乘以非零数,两行相加减).另求解线性方程组时中国古人还运用了正负数的乘除法,这是世界数学史上的一项重大成就.尽管丢番图在《算术》中,给出题目“已知两数之和为100,之差为40,求两数”,但在西方直到17世纪才由莱布尼茨提出完整的线性方程组解法法则.
  此外,我国古典数学著作《孙子算经》《张丘建算经》《数书九章》《详解九章算法》《九章算法比类大全》《算法统宗》等,也介绍了线性方程组的解法.清代数学家梅文鼎(1633-1721)的《方程论》共有90道线性方程组题,其中未知数个数最多达6,解法也多是利用加减消元法,关于著《方程论》的宗旨,梅文鼎曾给友人方中通(1633-1698)解释道:“方子精西学,愚病西儒排西算,著《方程论》,谓虽利氏无以难.”其大意是,中国古代关于线性方程组的研究成果,是西方数学难以比拟的,故我们完全不必在“西儒”面前妄自非薄.
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