筆者分成以下各點來分析李尚爀在《翼算》中對「正負術」的通論:
一、從解線性方程的觀點來看
李尚爀提出「方程約多法而歸一法,故用減」,由於法實各有其正負之 名,故多項式中各項皆為加法運算,而在係數中表示正負之名,因此只須將 兩式首數互乘對減之後,剩下一「法」一「實」,以此一簡法御繁。當法實 之位明確之後,李尚爀舉《九章算術》中「正負術」,列出同名、異名加減 的法則:「異名之加,即同名之減也,異名之減,即同名之加也」,以及同名、
異名乘除的法則:「同名相乘為正,異名相乘為負」。因此無論方程或開方「皆
89 引自李尚爀,《翼算》上編〈正負論〉,頁 13-14
90 引自李尚爀,《翼算》上編〈正負論〉,頁 10-11
以同名為主,故減者同減異加,加者同加異減」,且「左右相減」時,「在彼 之正為此之負,在彼之負為此之正,視主客而變號」只須「辨主客之位」, 即可「審消長之機」。
在消去時可「以加代減」,即「正負可以互變」。如梅文鼎的《方程論》中:
「首位異名者,變其一以相從,為同減異加地也」但是李尚爀認為「不變而異減 同加,與變而同減異加等」首位異號時如果維持不變號,則兩式首位異號時兩式 相減、同號,變為同號則同名相減、異名相加,結果是一樣的,所以可用加法代 替減法,正負數可以互變。
二、從「天元術」的觀點來看
在天元術「以乘代除」時,李尚爀認為:「天元如積之術,有當除而不受除 者寄分於此,而乘彼以齊之,得正負相當式。」如李尚爀提及《測圓海鏡》〈底 勾〉第五問草:
立天元一為半徑,減於甲行(出北門東行二百步)得小勾,以天元加於乙行(出東 門南行三十步)得小股,以天元加於甲行得大勾,以小股乘之,合以小勾除,
不受除,便以為大股,置天元以分母乘之,以減大股,以乙行乘之得半徑冪 (60 x2+900 x +180000) 91寄左,又以天元為冪,又以小勾通之為同數
(–x2+200x),與寄左相消得開方式(x3–140 x2+900 x +180000) ,此大勾小股相 乘,合以小勾,除之得大股,而不受除,故便以為大股,則為增幾倍之大股,
故就當減之天元及同數之天元冪,皆以小勾乘之,各增幾倍也。92
李尚爀認為:「凡天元如積之相消者,務得相等之數,故此有所增,則亦增彼數,
彼有所增,則亦增此數,然後相消得正負相當之開方式也。」
三、從「多元術」的觀點來看
在「互乘齊分」時,李尚爀提出「互乘,則數雖蕃衍,其正負則仍同也。」
李尚爀認為「方程之減去首位,天元如積之通分,多元之內二行相乘、外二行相 乘」這三者都是「互乘齊分」,其運算之後,正負仍維持相對。並舉三例來闡述:
以《算學正義》〈方程〉第六問闡述「方程之減去首位」
以《算學啟蒙》〈開方釋鎖門〉第三十三問闡述「天元如積之通分」
以《四元玉鑑》〈三才變通〉第一問闡述「多元之內二行相乘、外二行相乘」
在「剔分消之」時,李尚爀提出「多元之相消也,層數或行數之不等者,
91 原術為籌式記號,筆者為說明之故,改為現代符號表示。以下皆同。
92 引自李尚爀,《翼算》上編〈正負論〉,頁 14
用剔分自乘,然後用以相消」雖然算式已變,但正數、負數仍維持相等。他以多 元術中二元高次方程組,經剔分相消,化為一元式的運算來舉例,在《四元玉鑑》
〈左右逢元〉第一問草中,內外相消,不論以內二行為主減去外二行之值 得–x5–8x4+0x3+48 x2+384 x +768,或是外二行減去內二行 x5+8x4+0x3–48 x2–384 x –768,其中第一廉 384、第二廉 48 皆與實 768 同號,而第四廉 8 及隅 1 與實 768 異號,所以是一致的。
在「以加代減」時,李尚爀認為:「互乘以齊其數及正負,則可以同減異加;
若遇異名之可以直消者,則直用異減同加」此互乘相消之法則, 也可應用在多 元術中,他舉出《算學正義》多元第十三問為證:
以壬式加右式得左式,此欲消下層勾冪,而壬式負右式正,當變一式之號,
然後同減異加,而今乃不變,直用同加異減,則所得左式正負相當之諸數 仍同也。93
四、從「開方術」的觀點來看「較從」、「減從」、「和從」、「益積」、
「翻積」
李尚爀認為開方時「併多法而除一實,故用加」:在開方時,以試商試算,
多「法」相併為一「法」,此時為加法運算。法實異號,和必為零,可由此分辦 出「較從、和從、減從之常」,也可以看出「益積、翻積之變」。雖然在二次方程 式開方時,可用幾何關係來判別方程式的類型,如「在平方有長闊較,則為較從,
而先求長,則為減從,有長闊和,則為和從。」,但是在高於三次的方程式,「多 不合於面體形式,立方以上尤不可以形式論」,所以必須「辨之於數之正負也」
因此,李尚爀依開方時「較從」、「減從」、「和從」、「益積」、「翻積」一一說明以 數之正負來判別高次方程式的類型:
第一種「較從」:即隅與廉為同名,隅與實異名的高次方程式,例如《算學 正義》〈帶從立方〉第三問法之開方式為 x3+50x2+609x–62100=0,此時實為諸法 的總和,而法與實相較適等,因此諸法(含隅與廉)相加為一法,開立方時以初商 20,如下面李尚爀提及《算學正義》〈帶從立方〉第三問法,原文列於左欄,右 欄為筆者之分析,下皆倣此:
93 引自李尚爀,《翼算》上編〈正負論〉,頁 14-15
初商二十尺,乘隅得二十尺,與從長廉 同名相加得七十尺,仍為正,以初商二 十尺乘之得一千四百尺,與從方廉同名 相加得二千零九尺,仍為正,以初商二 十尺乘之得四萬零一百八十尺,與實異 名相減,餘二萬一千九百二十尺為次商 實,即負實之餘,故仍為負也。又以初 商二十尺乘隅得二十尺,與從長廉七十 尺同名相加得九十尺,仍為正,以初商 二十尺乘之得一千八百尺,與從方廉二 千零九尺同名相加得三千八百零九尺,
仍為正,又以初商二十尺乘隅得二十 尺,與從長廉九十尺同名相加得一百十 尺,仍為正也,次商五尺,乘隅五尺,
與從長廉一百十尺同名相加得一百十五 尺,仍為正,以次商五尺乘之得五百七 十五尺,與從方廉三千八百零九尺同名 相加得四千三百八十四尺仍為正,以次 商五尺乘之得二萬一千九百二十尺,與 次商實異名相減,恰盡也,此併方廉、
長廉及隅與實相當,故併方廉、長廉及 隅為法也。
筆者轉以現代符號分析如下:
開方式為 x3+50x2+609x–62100=0 其中隅=1,從長廉=50,從方廉=609,
實=–62100,令初商=20,得 1×20+50=70…從長廉
(1×20+50) ×20+609=2009…從方廉 [(1×20+50) ×20+609]×20=40180
[(1×20+50) ×20+609]×20–62100=–21920 次商實= –20190…負實之餘,為負數 1×20+70=90…從長廉
[ 1×20+ (1×20+50)] ×20+2009=3809 1×20+90=110…從長廉
再令次商=5 1×5+110=115 (1×5+110) ×5=575
(1×5+110) ×5+3809=4384 [(1×5+110) ×5+3809] ×5=21920 21920–21920=0
次商實與實異名相減,恰減盡
第二種「減從」:即隅與廉為異名,且隅與實異名的高次方程式,例如《算 學正義》〈帶從立方〉第三問又法的開方式為–x3+13x2+168x+ 62100=0,正負互變 得 x3–13x2–168x–62100=0,此時隅為正數則實與從廉為負數,即廉與實同號而皆 與隅異號,稱為「減從」,若以隅為主,則隅與廉相減後得一「法」,即以初商乘 隅,減去方廉、長廉,餘數為「法」,與「實」之數相等。如李尚爀提及《算學 正義》〈帶從立方〉第三問又法:
初商四十尺,乘隅得四十尺,與從長廉 異名相減得二十七尺,即負隅之餘,故 變為負;以初商四十尺乘之,得一千零 八十尺,與從方廉異名相減得九百十二 尺,即從長廉之餘,故變為負,以初商 四十尺乘之得三萬六千四百八十尺,與 實異名相減得二萬五千六百二十尺為次 商實,即正實之餘,故仍為正也,又以
筆者轉以現代符號分析如下:
開方式為–x3+13x2+168x+62100=0 令初商=40,得–1×40+13=–27…從長廉 (–1×40+13) ×40+168=–912…從方廉 [(–1×40+13) ×40+168]×40=–36480 –36480+62100=25620
次商實= 25620…正實之餘,為正數
初商四十尺乘隅得四十尺,與從長廉二 十七尺同名相加得六十七尺仍為負,以 初商四十尺乘之得二千六百八十尺,與 從方廉九百十二尺同名相加得三千五百 九十二尺仍為負,又以初商四十尺乘隅 得四十尺,與從長廉六十七尺同名相加 得一百零七尺,仍為負也,次商六尺乘 隅得六尺,與從長廉一百零七尺同名相 加得一百十三尺仍為負,以次商六尺乘 之得六百七十八尺,與從方廉三千五百 九十二尺同名相加得四千二百七十尺,
仍為負,以次商六尺乘之得二萬五千六 百二十尺,與次商實異名相減恰盡也,
此以方廉、長廉減於隅,與實相當,故 以商乘隅內減方廉、長廉,餘為法也。
–1×40–27=–67 (–1×40–27)×40= –2680 –2680–912= –3592 –1×40–67=–107 再令次商=6 –1×6–107=–113 (–1×6–107) ×6=–678
(–1×6–107) ×6–3592=–4270
[(–1×6–107) ×6–3592] ×6=–25620 –25620+25620=0
次商實與實異名相減,恰盡
第三種「和從」:即從廉為正數,實與隅為負數,故實與隅合併後,與從廉 適等,如李尚爀提及《測圓海鏡》〈邊股〉第五問草中 –x2+408x–34560=0 開平方。
「法」以廉為主,隅與廉相減後與「實」相當。說明如下:
初商一百步乘隅得一百步,與從廉異名 相減,得三百八步,即從廉之餘,故仍 為正,以初商一百步乘之,得三萬八百 步,與實異名相減得三千七百六十步為 次商實,即負實之餘,故仍為負也,又 以初商一百步乘隅得一百步,與從廉三 百八步,異名相減得二百八步,即從廉 之餘,故仍為正也,次商二十步乘隅得 二十步,與從廉二百八步異名相減得一 百八十八步,即從廉之餘,故仍為正,
以次商二十步乘之得三千七百六十步,
與次商實異名相減恰盡也,
筆者轉以現代符號分析如下:
開方式為–x2+408x–34560=0 隅=–1,從廉=408,實=–34560,
令初商=100,得
–1×100+408=308…從廉之餘 (–1×100+408) ×100=30800 30800–34560=–3760
次商實=–3760…負實之餘,為負數 –1×100+308=208 …從廉之餘 令次商=20
–1×20+208=188…從廉之餘 (–1×20+208)×20= 3760 3760–3760=0
次商實與實異名相減恰盡
第四種「益積」:即隅為正,廉為負數,兩者相減後與實同號,因此與實同 名相加,為「益積」。如李尚爀提及《測圓海鏡》〈明叀前〉第一問草中開方 式–x2+204x+8640=0,說明如下:
初商二百步,乘隅得二百步,與從廉異 名相減,得四步,即從廉之餘,故仍為 正,以初商二百步乘之得八百步,與實 同名相加得九千四百四十步為次商,實 仍為正,是為益積也。又以初商二百步 乘隅得二百步,與從廉四步異名相減得 一百九十六步,即隅法之餘,故變為負,
是為翻從也,次商四十步乘隅得四十 步,與從廉一百九十六步同名相加得二 百三十六步,仍為負,以初商四十步乘
是為翻從也,次商四十步乘隅得四十 步,與從廉一百九十六步同名相加得二 百三十六步,仍為負,以初商四十步乘