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4.1 關於《綴術》

4.3.1 探法則

因乘:假如有粟一十二斛,每斛價銀二十七錢,

問該價銀幾何?

歸除:假如有粟一十五斛六斗,令六人分之,問 每人分粟幾何?

探立元之法第二 假如有直積一百八十步,長平和二十七步。問長 平各幾何?

探約分法第三 假如有一百六十八分之一百○五,問約之幾何?

探招差法第四 假如有四角尖垛,底面一十九,問積幾何?

探 術 理

探織工重互換術第五 假如有織工三人,二十一日織錦四端,今織工七 人,織四十五日,問錦幾端?

探直堡求極積術第六 假如有直堡,長闊差七尺,闊高和八尺,欲使積 至多,問長、闊、高及極積各幾何?

探算脫術第七 交備黑白橫子三十一半白子,一半黑子,順數,脫去每 當十之數。既脫黑子十四而止一黑子,於此,自 其所止一黑子逆數雖順數也同,姑從古傳,脫去每當十 之數時,卻白子咸脫盡而止黑子一,此自古號繼 子立。

探求球面積術第八 假如有球徑一尺,問面積幾何?

探 員 數

探碎抹數第九 討論碎抹圓周以及碎抹球積

(亦即求圓周長以及球體積問題)

探開平方數第十 假如有積一千一百六十六步,問開平方幾何?

探圓數第十一 討論求圓周率之方法 探弧數第十二 討論求弧長之方法

(亦即求弓形弧長之問題)

接著,筆者將在下面幾個小節中,逐一分析每個問題。首先,建部賢弘從四個 例子-「探乘除法」、「探立元之法」、「探約分法」、「探招差法」來說明如何「探 法則」。

4.3.1 探法則

所謂「法」,指解法,亦即計算法則。建部賢弘在此主題中,先討論乘除問 題,其次討論如何利用「立天元一」來求解未知數,之後討論約分方法,最後討 論「招差法」。此主題分為「據理探法」和「據數探法」兩類,「探乘除法」、

「探立元法」屬於「據理探術」,「探約分法」、「探招差法」屬於「據數探術」。

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探乘除法第一

「探乘除法」,包含因乘與歸除之討論,乃與整數的乘法與除法計算有關之問 題。建部賢弘以物價計算為例,歸納出乘、除的一般性運算法則。建部賢弘提出 的「因乘」問題如下:

假如有粟一十二斛,每斛價銀二十七錢,問該價銀幾何?

答曰:該價銀三百二十四錢。

建部賢弘的作法如下:

建部的想法(原文部分) 斛數 價數 錢數

每一斛價銀二十七錢 1 1 27

二斛合兩個價,為銀五十四錢。 2 2 54

三斛合三個價,為銀八十一錢。 3 3 81

四斛合四個價,為銀一百八錢。 4 4 108

五斛合五個價,為銀一百三十五錢。 5 5 135

六斛合六個價,為銀一百六十二錢。 6 6 162

七斛合七個價,為銀一百八十九錢。 7 7 189

八斛合八個價,為銀二百一十六錢。 8 8 216

九斛合九個價,為銀二百四十三錢。 9 9 243

十斛合十個價,為銀二百七十錢。 10 10 270

十一斛合十一個價,為銀二百九十七錢。 11 11 297 十二斛合十二個價,為銀三百二十四錢,為該價銀。 12 12 324

建部賢弘進行上述分析後,提到:「如此累碎 是俗稱目之子算也 得真數後探括 術。」所謂「括術」,指的是「一般性的求解法則」。他接著透過這個逐步想法,

欲利用「九數法之辭」(即「九九乘法口訣」)找出一般算則。作法如下:

建部的結論(原文部分) 現在數學算式或說明 置粟一十二斛,

以斛價銀二十七錢 先因一十,

十二如兩百錢,一七如七十錢,

次因二斛,

二二如四十錢,二七一十四錢時,

「作為」一般,而會得該價銀三百 二十四錢。

12×27

(將12 拆成 10+2)

先算10×27(將 27 拆成 20+7)

10×20=200,10×7=70

再算2×27(將 27 拆成 20+7)

2×20=40,2×7=14 得價銀為

200+70+40+14=324

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筆者發現,現今小學教材中的作法,類似於前述作法。茲將兩者做比較後以 下表呈現:

建部的想法(以現在數學算式說明) 小學的教法 12×27

(將12 拆成 10+2)

先算10×27(將 27 拆成 20+7)

10×20=200,10×7=70

再算2×27(將 27 拆成 20+7)

2×20=40,2×7=14 得價銀為

200+70+40+14=324

12×27

=(10+2)×27

=10×27+2×27

=10×(20+7)+2×(20+7)

=10×20+10×7+2×20+2×7

=200+70+40+14

=324

建部將此方法作為一般性的求解法則,用以得到「因乘之法」,即此題之解 題本術:「置粟數,以斛價銀乘之,得該價銀也。」。153此解題本術依現在數學 算式來書寫,即為「12×27=324」。在此問題中,建部透過層層思考、推導,得 到一般化過程,無怪乎建部曰:「雖似不累碎而直得,實非直得。」

探討完乘法問題後,接著來看除法問題。建部提出的「歸除」問題如下:154

假如有粟一十五斛六斗,令六人分之,問每人分粟幾何?

答曰:每人二斛六斗。155 建部賢弘的作法如下:

建部的想法(原文部分) 每人斛數 六人斛數 結果

一人分粟一斛時,六人六斛也,少於 原粟。

1 6 不足

又一人分粟二斛時,六人一十二斛 也,猶少於原粟。

2 12 不足

又一人三斛時,六人一十八斛,卻多 於原粟。

3 18 超過

故知每人二斛有餘也。

即其二斛,六人一十二斛,以去原 粟,有餘三斛六斗。

知每人斛數介於2 斛~3 斛之間。

∵6×2=12

∴15 斛 6 斗-12 斛=3 斛 6 斗

153 「解題本術」,即建部賢弘將其想法進行推論後得到的總結。

154 筆者認為所謂「歸除」之名,乃取自「九歸除法」。

155 一斛=10 斗。

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∵2×6=12<15 3×6=18>15

∴初商= 2(斛)

(二)再決定小數位 15.6-12=3.6(斛)

=36(斗)

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綜合以上的思考過程,建部賢弘得到歸除問題的解題本術為「置原粟數為實,

以人數為法,除之,得每人分粟也。157」,將此段文字以數學算式來表示,即為

「 6 6 .

15 =2.6(斛)」。

透過因乘與歸除問題,建部賢弘傳達了下面的想法:

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,卻於順 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,詳數理之據,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。

由此段話可之,建部認為,求算法問題時,必須懂得碎抹求數,兼以察理施術,

並順應題目之本質,才能「無可不會」、「無可不得」!

探討完乘除問題後,建部賢弘接著探討立元之法。

探立元法第二

「立元法」,又稱「天元術」。在中國,12~13 世紀就出現求任意高次方程 的數值解,也可以根據問題給出條件來列方程式。158宋元時代的數學家們找到列 方程式的普遍解法-「天元術」。159流傳至今的數學著作中,首先對天元術進行 系統性敘述的是李冶(1192~1279)所著的《測圓海鏡》(1248)與《益古演段》

(1259)。160朱世傑的《算學啟蒙》(1299)和《四元玉鑒》(1303)兩書也曾使 用天元術,特別是《四元玉鑒》還記述了多元高次方程的列方程之法。161

「探立元法」,是討論以立元來列方程式的解題方法。此題中比較了古法與 立元之法的差別,並大大讚揚立元之法的妙用。

建部賢弘在此問題一開頭便提到:

157 元,即「原」。元粟數,即「原來的粟米數量」。

158 參閱李俨、钱宝琮(1998),《科学史全集》第五卷,頁 186。

159 引自同上。

160 引自同上。

161 引自同上。

50

立元之法,未知始於何代,元至元年中,郭守敬修《授時曆》用此法,同代 大德年中,朱世傑所撰《算學啟蒙》,具說解其法也。是得索數之術之神法 矣。雖言說會此法之玄妙,然假以據而釋會之一端,以呈探索之意。

由此段話可知,天元術是透過《授時曆》、《算學啟蒙》所傳入。《授時曆》

可能是15 世紀左右傳入日本。162《授時曆》由元朝的優秀天文學家兼數學家王 恂(1235~1281)、郭守敬(1231~1316)、楊恭懿(1225~1294)等人集體編寫,

於至元十七年(1280)完成,並且在至元十八年(1281)正月一日正式啟用。其 中王恂負責計算,郭守敬則負責各種測量儀器的製造。163《授時曆》前後共施行 364 年,是中國古代最優秀且施行最久的曆法。164小川正義的《授時曆經立成》

(1673)刊行,拉開了《授時曆》的研究序幕。165關孝和對《授時曆》進行深入 研究,著有《授時發明》(1680)、《授時曆經立成之法》(1681)、《授時曆經立成》

(1681)四卷,澀川春海的《貞享曆》(1685)便是以《授時曆》為基礎改定的。

166《算學啟蒙》(1299)為朱世傑所著,此書最晚在 16 世紀末以前傳入日本,並 在日本廣泛流傳,對日本造成很大的影響。167先後有久田玄哲(Hisada Gentetsu)

的《算學啟蒙訓點》(1658)、星野實宣(Hoshino Sanenobu,1628~1699)的《新 編算學啟蒙注解》(1672),而村松茂清(Muramatsu Shigekiyo)也根據《算學啟 蒙》寫成《算爼》(1672)一書。建部賢弘深入研究《算學啟蒙》後著《算學啟 蒙諺解大成》(1690),此書對《算學啟蒙》的內容作了詳細的註解並解明其全部 的數學方法,可見建部賢弘受《算學啟蒙》影響頗大。168《算學啟蒙諺解大成》

對於元代數學知識,特別是天元術和線性方程組的解法在日本傳播起了很大的作 用。169

1671 年,澤口一之(Sawaguchi Kazuyuki)著《古今算法記》,首次以天元 術解答《算法根源記》之遺題,開和算對於天元術應用之先河。170關孝和的《闕 疑抄一百答問術》、《勿憚改答術》、《發微算法》(1674),皆以天元術解題,確立 了天元術在和算中的地位。171對天元術的接受與發展,是和算中最重要的事件,

162 參閱冯立昇(2009),《中日数学关系史》,頁 76。

163 參閱李俨、钱宝琮(1998),《科学史全集》第五卷,頁 210。

164 參閱孔国平(2000),《李冶朱世杰与金元数学》,頁 238。

165 參閱冯立昇(2009),《中日数学关系史》,頁 76。

166 參閱周畅(2010),〈《缀术算経》:东亚数学归纳推理的典范〉,《自然科学史研究》,

第29 卷第 1 期,頁 71。

167 參閱冯立升(2009),《中日数学关系史》,頁 66。

168 參閱同上,頁 68。

169 引自同上。

170 引自徐泽林(2001),〈中算数学机械化思想在和算中的发展-解伏题的机械化特征〉,《自 然科学史研究》,第20 卷第 2 期,頁 121。

171 參閱同上。

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亦是明末以後中日數學分道揚鑣的分水嶺。172關孝和在「天元術」的基礎上,創

「傍書法」和「演段術」,實現了和算的代數化。173

圖 4-6 星野實宣《新編算學啟蒙注解》書影174(現藏於日本京都大學理學部數學教室)

圖 4-7 《古今算法記》書影175(現藏於日本東京大學綜合圖書館)

接下來,筆者回到原問題,進行內容分析。建部所提出的問題如下:

假如有直積一百八十步,長平和二十七步。問長平各幾何?176 答曰:平一十二步,長一十五步。

172 引自徐泽林(2001),〈中算数学机械化思想在和算中的发展-解伏题的机械化特征〉,《自 然科学史研究》,第20 卷第 2 期,頁 121。

173 「傍書法」首見於關孝和的《發微算法》和《解見題之法》。演段,廣義來說,具有演示、

173 「傍書法」首見於關孝和的《發微算法》和《解見題之法》。演段,廣義來說,具有演示、