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建部賢弘與《綴術算經》

建部賢弘生平

建部賢弘,幼名源右衛門,初名賢秀,賢行,源之進,後改名彥次郎,號不 休。他出生於德川幕府的文書世家,在武士世襲制度下,賢雄、賢明、賢弘遂供 職於幕府。105建部賢弘 13 歲時,與其兄賢雄、賢明一道師從關孝和學算學。建 部賢弘於元祿三年(1690 年)被過繼給甲府藩主德川綱豐的家臣北條源五右衛門 做養子,改名源之進,元祿五年受召於德川綱豐,從此也加深了建部賢弘與德川 幕府的關係。1716 年,八代將軍德川吉宗繼位後,建部被列為寄合,得到吉宗 的信任,擔任幕府天文學的顧問。而後,1719 年,奉吉宗之命測繪日本全國地 圖,1723 年,完成全國地圖的測繪工作,並於 1725 年因此受賞。另一方面,由 於改曆的需要,德川吉宗也在建部和其弟子中根元圭建議下頒佈緩禁令,允許西 方天文曆算及測繪方面的書的書籍輸入日本。由上述 不難發現建部賢弘受德川

105 祖父建部昌興為德川家康(1543-1616)的右筆,父親建部直桓為德川家光的右筆。建部直桓 育有四子,分別為長子建部賢雄(1654-1723)、次子建部賢明(1661-1716)、三子建部賢弘、

末子建部賢充(後來成為賢明的養子)。其中「右筆」為武家職名,侍奉貴族與專掌公函之書寫。

參考徐澤林,《和算選粹》,頁 252 以及林美杏,《建部賢弘之研究-以《綴術算經》為例》,2013。

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吉宗之重用,以及他們彼此的密切關係。106

建部賢弘在其早年的數學學習生涯,刊刻了三本書,包含 1683 年著《研幾 算法》(解答《數學乘除往來》當中的遺題),接著,於 1685 年著《發微算法演 段諺解》,以及 1690 年著《算學啟蒙諺解大成》-分別為關孝和的《發微算法》

以及朱世傑《算學啟蒙》作諺解。從 1690 年代開始,建部賢弘投入了《大成算 經》的編著工作,直至 1710 年此書終告完工。上述著作目的主要是為他人著作 諺解,或者完成關流內部數學知識的整理工作,一直到 1722 年成書的《綴術算 經》,才是建部賢弘最重要的代表之作。該書內容承襲先人研究成果,並多有創 新突破性的觀點與想法,影響了往後的和算發展。建部賢弘除了藉此書闡明其數 學學習觀、數學知識分類以及數學研究的方法,他並將此書獻給德川吉宗將軍。

其它諸如《辰刻愚考》(1722)、《歲周考》(1725)、《累約術》(1727-1728,

由中根元壓刪定)等建部賢弘主要的數學著作,皆成書於 1722 年之後。主要是 因為 1721 年任職於本丸與西丸兩城之御留居守,雖為布衣,實為閒職,也因為 這段閒逸時間,得以整理自己的數學研究成果。107以下對《綴術算經》的內容作 一簡單介紹與探討。

《綴術算經》主要內容

《綴術算經》是建部賢弘於五十九歲時的著作,雖被譽為和算史上最傑出的 數學作品之一,然並未刊刻,是以抄本傳世。其內容共包含以下五部份:108

.自序。

.探法則四條:探乘除法,第一;探立元法,第二;探約分法,第三;探招 差術,第四。

.探術理四條:探織工重互換術,第五;探直堡求極積術,第六;探算脫術,

第七;探求球面積術,第八;

.探圓數四條:探碎抹數,第九;探開平方數,第十;探圓數,第十一;探 弧數,第十二。

.自質說一條。

本書一方面展現了建部賢弘對數學與數學研究的觀點,也顯現出其他數學教

106 有關建部賢弘的詳細生平可參考林美杏,《建部賢弘之研究-以《綴術算經》為例》,2013。以 及徐澤林,〈綴術算經提要〉,收錄《和算選粹》,頁 252-255。

107 參考徐澤林,〈綴術算經提要〉,收錄《和算選粹》,頁 252-253。

108 本研究中,主要參考徐澤林,《和算選粹》的翻譯版。其翻譯過程所採用的底本為內閣文

庫本,並參考狩野文庫本《綴術算經》與東大本《建部賢弘綴術真本》,以及現代鉛印本《日本

哲學全書》本。

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育的關懷,同時,他在「探圓數」裡,利用「累遍增約術」求得圓周率準確到小 數點後 40 位的近似值。他也在「探弧數」裡將弧長表示成潛在包含了無窮多項 之和的無窮級數形式,從而使得和算家對於弧長研究上取得重大的突破。而這樣 的「綴術」,無論是研究方法或無窮展開式,都成為往後和算家研究圓、弧、矢、

弦等圓理問題的重要工具與「流行」的風潮。109建部賢弘在《綴術算經》自序中 便開宗明義地點出書名之意義,以及其著作本書之主要旨趣與目的:

綴術者,綴而探索、以會得術理者也。凡探索之法,有據理者,又有據數者。

……故探而可立法則,而可觀察術理、探而可計圓數。仍立法、數、術三等,

別為數理之據。舉一十二條術例,述探索之大意,以為綴術之證。110 同時,他也在自序中,對算學研究活動作了簡單分類:「夫算,以立法則、究術 理、計員數為事。」其中「法則」即程序性的計算法則(包含乘除法、約分之法、

招差之法等);「術理」一般可視為機械性的演算法或公式;而「員數」即指圓周 長、弧長、體積、開平方等數學問題的數值。因此,本書在問題順序的安排上,

他便依此分類架構,將所提出的十二個問題分成探法則、探術理與探員數三類,

以下就書中所列十二個問題與所對應的研究方法,作一算單介紹與整理。

(1) 探法則四條

首先,探乘除法包含因乘與歸除,與整數的乘法與除法有關,建部賢弘採取 的方式為先「碎探而得真數,後探括術」,其中也提到了「九九乘法」與「九歸 除法」相關記憶法則。接著,探立元之法,則討論了以立元、列方程式的解題方 法,並讚揚了立元之法的妙用。探約分術討論了分數的約分化簡,他先介紹「每 增一算,至分子之數迄,逐一為約法,約之而驗」的方式,逐一檢查各自然數是 否為公因數,建立分數約分之方法。而後,又引入輾轉相除法,「以分母分子互 相去」來探索等數的方式來解決約分問題,111此外,他也提出約分之術的重要性:

凡萬題萬術,皆言員數之際,或不離約分之事,乃至擴充其術,依題問之趣 意,諸約之去,課分之屬,雖其等甚多,皆本約分,不云不兼互去之術。112 最後,他也以「右約分法互去之術最簡易也」表達他對「輾轉相除法」的推崇。

至於探招差術,則以四角尖垛的求和問題為例,透過「碎設同類而求數,據

109 自建部賢弘之後,包含松永良弼、久留島義太、蜂屋定章等人繼承了其研究成果,將許多圓

理問題的術文,表示成無窮級數和的形式,同時松永良弼也發展出開方綴術(指數為有理數的二 項展開式)。往後包含圓、弧、矢、弦以及各類穿去積相關問題的術文,也多表示成無窮級數和 的形式。

110 建部賢弘,《綴術算經》,自序。引自徐澤林,《和算選粹》,頁 264。

111 等數即最大公因數。

112 建部賢弘,《綴術算經》。引自徐澤林,《和算選粹》,頁 269。

40 別為 1.001 尺、1.00001 尺、1.000001 尺的球體積,再求這三個球體積與直徑 1 尺之球體積之差,計算出「球皮」的體積,除以厚度球表面積近似值,並提出「隨

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2 2

2

2 2

1 8 43

9 674308 1696

2 3 15 ( ) 980

14 26176293 1419

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逆順皆貫於綴術。故探而可立法則,探而可察術理,探而可計員數。119 意即算學研究的過程中,若依據「理」求得術文(演算法),再依此術文計算求 得所求數值,這是屬於順向的研究方法。另一方面,若依據對數值的探索求得術 文(演算法),再根據術文(演算法)來研究背後的「理」,則是屬於逆向的研究 方法。這兩種方法均能貫徹綴術的本質精神。綜合上述三類數學知識活動以及順 逆兩種研究方法,可得到圖 2.2.1 的關係,其中,由上而下的研究過程屬於順向 的思路,而由下而上的研究過程則屬於逆向的思路。

理 法 術 員 則 理 數

圖 2.2.1 建部賢弘之算學研究徑路圖

對算學研究與探索方式分類之後,建部賢弘進一步表明著作本書的意旨,他 依據立法則、究術理以及計員數三類數學知識活動,共舉出十二個例子,一方面 說明這三類數學知識活動之意,並且說明如何「綴而探索、以會得術理」。建部 也在「探乘除法」的評論中,討論到依術之順逆進行研究的重要性:

凡算法,止於察理求數。求數,本於碎抹;施術,以察理為要,二者本相因 而成法,然以理不極盡不可得,必有滯於事;以數不究盡不可得,必有惑於 理。何者,如不料術之順逆,而萬術皆碎抹求,則於算之法則無功,於順術,

停滯而不得;又,若不探而悉從理直得,於逆術無理之據而難會。故料術之 順逆,詳理之據,順形質、察法數之盡與不盡而玄探者,無不可會之法, 無 不可得之數乎。120

這也表示,建部賢弘在算學研究的過程中,強調掌握適當的探索方法。面對問題 時,首先,考量術理之根據,並且必須依據圖形的性質,瞭解方法或數值之本質 為盡或不盡,121從而找尋適合的思路,並據此採取順向或逆向的探索方式,才不

119 建部賢弘,《綴術算經》,自序。引自徐澤林,《和算選粹》,頁 264。

120 建部賢弘,《綴術算經》。引自徐澤林,《和算選粹》,頁 266-267。

121 在探弧數之中,建部賢弘提到:「蓋數有盡、有不盡;術有盡、有不盡;質有盡、有不盡。如 所謂四之一、五之一,數之盡也;三之一、七之一,數之不盡也。如加減因乘,術之盡也;如歸 除開方,術之不盡也。如方圖直積,質之盡也;如圓周弧積,質之不盡也。」由此來看,盡者多 為有限步驟、有限計算,而不盡者則涉及了無限。

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會無功或停滯而不得,方能事半功倍,萬法萬數皆可得。如表 2.2.2 所示,筆者 考察並整理了建部賢弘《綴術算經》各個問題以及相對應的研究方法,他針對立 法則、究術理、計員數三類問題,各舉據數探和據理探之實例,說明如何從數學 研究。122

表 2.2.2 建部賢弘《綴術算經》各問題研究方法

問題 解題方法 探究方式

1 探乘除法 因乘、歸除 碎而求術,據理探法 2 探立元之法 立元法則 據理探法

1 探乘除法 因乘、歸除 碎而求術,據理探法 2 探立元之法 立元法則 據理探法