在數學中高次數字方程式有所謂「帕司卡三角形」,西方學者在十八世紀才弄清楚,而中國早在十三世紀就已知曉,那就是朱世傑的「古法七乘方圖」,這點最令西方學者嘆服。
元朝朱世傑,字漢卿,人稱松庭先生,北平燕山人,能說善寫,是一位機巧型的奇才,與李冶、楊輝、秦九韶並稱宋元四大數學家。
中國歷史發展到了宋元,社會經濟更加繁榮、貿易市場也更開拓;因此舊有的「筆算」必須加速的改革,朝商用的數學路上去,不能僅止應用在曆法、丈量土地、計算賦稅。因而商用歌訣、捷算法、以及秘訣等等的算書,就應運而生了。
高次方程式‧令人嘆服
朱世傑以前人已有的一元方程、二元方程、三元方程為基礎,發明了「四元術」的高次方程。這項的數學成就,不但在中國受到推崇,也獲得國際的認可,英國學者李約瑟說:「有了朱世傑,中國的代數學,方才達到高水準。」世界科學史大師喬治‧莎東(George Sarton)在其名著《科學史導論》卷三上說:「朱世傑是屬於漢民族及他所生存的時代,同時也是古今數學史上最傑出的一位數學家;四元玉鑑是中國數學寫作中最重要的一部,同時也是中古最傑出的數學著作之一。」
其他如法國的學者曾經為朱世傑的數學成就寫過專門性的論文,並翻譯朱世傑的著作,加以傳揚。
最令西方學者嘆服他的是,在數學中高次數字方程式有所謂「帕司卡三角形」,西方學者在十八世紀才弄清楚,而中國早在十三世紀就已知曉,那就是朱世傑的「古法七乘方圖」。
著書立說‧發展算數
朱世傑的數學成就,有兩部不朽的著作,一部是《算數啟蒙》,作於大德三年(一二九九年),另一部是《四元玉鑑》,作於大德七年(一三○三年)。
《算數啟蒙》是一本由淺而深的數學啟蒙書。把民間商業行為上的數學,以歌訣的方式來予以表達應用,易記易學,非常實用,可說是中國古代代數學的通論。其中有一首「九歸除法」的歌訣,就成為日後中國民間商業珠算的歸除歌訣,全國通行,一般民眾都會運用,幫助了民間商業的運行,貢獻甚大。
《算數啟蒙》首先列出了運算法則和各種常用單位換算的數據,然後再列出各種歌訣,引導讀者由淺而深進入數學的境界。
最後他以《四元玉鑑》的內容,傳授給學生,使學生進入高級數學。
宋朝後期南北分治,學者不相往來,當時南宋已盛行民間商用數學,而北方則以「天元術」為數學中心。朱世傑融合了南北的數學理論,使中國古代數學發展到了高峰。對中國古代的天文、地理、治水、營建、商業等等的發展,貢獻實在很大。
四元玉鑑‧造福人群
朱世傑在學術上的成就,主要是「四元玉鑑」這一學說的提出。「四元術」來自一元、二元、三元。祖頤在《四元玉鑑》的序文中說:「平陽(山西)蔣周撰《益古》;博陸(河北)李文一撰《照膽》;鹿泉(河北)石信道撰《鈐經》;平水(山西)劉汝諧撰《如積釋鎮》;絳人(山西)元裕細草之,後人始知有天元也,(一元方程的興起)。平陽李德載撰《兩儀群英集臻》,兼有地元。霍山(山西)劉大鑑撰《乾坤括囊》,兼有人元。」於是在天、地、人元的基礎上,完成了天、地、人、物四元。
「四元術」的奧妙,在於求解四元高次聯立方程式時,如何從中消去三個元,最後得到只含一個未知元的高次方程式。清代數學家曾說:「四元之妙,在相消。」而四元術中最為精采的地方,是以「招差術」解決了高階等差級數有限項求和的問題,也就是古典中所說的「垛積問題」。朱世傑掌握了這方面的重要公式,完全解決了這個問題。比牛頓在一六七六年到一六七八年間所創的招差法一般公式,早了將近四個世紀。
朱世傑攜帶這種高超的學術,周遊全國二十年,傳授學生不計其數。