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《數之起源︰中國數學史開章〈筭數書〉》

這本由商務出版社所出版,洪萬生、林倉億、蘇惠玉、蘇俊鴻所著的一書《數之起源︰中國數學史開章〈筭數書〉》,TG 讀了「一年」才終於讀完。整體來說,TG 認為這是國內一般人可以獲得的、唯一的一本介紹專書,絕對值得細細研讀。

《筭數書》是 1983 年在湖北張家山所挖掘的漢墓中,出土七冊竹簡書當中的一部數學專書。順道一提,這五十年來中國各地(特別是戰國與秦漢的楚文化圈內)所出土的文獻,是中國考古千年來未曾擁有過的「黃金時代」,讓現代各方面的歷史研究者,有好個世代的時間可以作出不少學問來。這部《筭數書》是漢初的第一手史料,距今超過兩千年的時光,其珍貴價值更是無與倫比的。比起那部被美國人胡亂吹捧的《阿基米德羊皮書手抄本》,《筭數書》才真的是全世界數學家的寶典哩!

目前整理出來的《筭數書》共有六十九道算題,它的內容大概以「分數運算/比例運算」為最大宗,以田賦、關稅、絲漆等實際問題為範例,反應出這位不知名墓主的工作,作為漢朝地方基層官員職責的一個縮影。雖然《筭數書》偶有抽象式的敘述與推論,但大體上還是以「實用」為主,並以「操作型定義」來處理,似乎坐實了中國數學傳統不重抽象理論的評語。但若以當時的實際生活情況而言,TG 相信秦漢時代的地方官員,具有相當嚴整的晉賞懲戒制度、以及對官吏的數字管理訓練。或許該說,黃仁宇先生所謂的「中國未能從數字上管理」理論,或許並不是那麼精確的說法。

讓 TG 對《筭數書》感到十分有趣的一個問題,就是裡頭的「贏不足術」——這是傳統算學中的典型題目,是若干物品平均分配之後的結果︰「贏」是分完之後還有多出的剩餘數目,「不足」則如字面所指、是不夠分配的數目。〈分錢〉一章中寫道︰「分錢人二而多三,人三而少二。問幾何人?錢幾何?得曰︰五人,錢十三。贏、不足,互乘母并以為實,子相從為法。皆贏若不足,子互乘母而各異置之,以少減多,餘為實;以子少者除子多者,餘為法。」它的問題是︰有錢數、人數若干。每人分 2 錢,最後多了 3 錢;每人分 3 錢,最後會少了 2 錢。如果以現代的二元一次聯立不等式來計算,設總錢數 x,人數 y,則可列出︰

而〈分錢〉後方的所說的那段相當長的算法「互乘母并以為實,子相從為法……」,其實就是把上列的聯立方程式中,抽出各項係數所得到的 x,y 的解。「法」相當於我們今日的「分母」,「實」相當於我們今日的「分子」。今天的中學生看來,或許會覺得《筭數書》上的公式太過累贅;但一位中學生要熟悉方程式的假設與解法,可得耗上多年的代數訓練工夫才行。但若遵照這本兩千多年前的書上公式,只要會整數四則運算的人,都可以解得出來。附帶一提,現在的電腦的運算功能看起來就算再怎麼強大,但計算這種二元一次聯立方程式,電子計算機程式設計者的 algorithm,也是遵照這種係數的四則運算來處理的。

如果用一般解來看,假設一個二元一次聯立方程式為︰

則我們可以輕易地得出

《筭數書》的公式正好和上式完全相同!

然而 TG 在這裡卻注意到。「贏不足術/盈不足術」用在上頭的分錢、分米,固然可以作出古今的算式轉換,但這種公式居然還可以拿來當成「開平方」?在〈方田〉中出現的題目︰「田一畝方幾何步?曰︰方十五步卅一分步十五。術曰︰方十五步不足十五步;方十六步有餘十六步。曰︰并贏、不足以為法,不足子乘贏母,贏子乘不足母,并以為實,復之,如啟廣之術。

換成現在的話,是問「一畝正方形的田,其邊長為何?」已知「一畝為 240 平方步」,因此本題就是在問「240 的平方根為何?」從初步的估算我們曉得,15 的平方是 225,比 240 少了15;16 的平方是 256,比 240 多了 16。因此「240 的平方根」一定是介於 15 到 16 之間。但《筭數書》卻可以從「盈不足術」的公式來計算,完全超乎 TG 的想像。我們若順著書中的描述來算,則邊長為

驗證算來,15.48387 的平方為 239.7503。所以剛剛的算法,的確可以看作是「240 的平方根」的近似值。TG 自己試算了一下,發現如果要用《筭數書》上的「盈不足術」公式來求平方根的話話,只要已經其解是兩個連續整數,其實條件只需要一個就足夠了。比如原書中欲求「240 的平方根」,書中講到「15 平方不足 15」和「16 平方多出 16」,只需要有第一組「15 平方不足 15」的條件即可,因為第二組條件是第一條件自然推導結果,不是獨立的條件,毋需再另外給定。

《數之起源》的現代作者,在 69 頁上提到,「盈不足術」的公式用來開方,是『等價於』西方的近似解公式︰

所以如果我們將《筭數書》上的例題「求 240 的平方根」,以「a = 15」和「α= 15」分別代入,得到︰

的的確確是完全等價的計算。至於中國和西方不約而同的這種開方近似解公式,除了把它當成既定的口訣或公式記憶之外,究竟是怎麼推導出來的?TG 目前還不清楚,就留待以後自己查到再說了……


總而言之,雖然本書編輯的校稿有些問題(比如像錯別字多,英文夾注重覆,減號常誤套成半形波折號),而多位作者的行文中也呈現出不少病句、冗句,但瑕不掩瑜,本書還是值得細細閱讀的。


(發表於 2009.8.14.)

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