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科圖特藏 | 中國近代數學先驅李善蘭與《則古昔齋算學》

從古至今,數學作為一種知識形态,經曆了多種發展變化過程。清末之前,西方數學傳入中國有兩次高潮。1582年(明萬曆十年),意大利傳教士利瑪窦(matteo ricci,1522-1610)來到中國,他與徐光啟合作翻譯的《幾何原本》,把歐幾裡得幾何學引入中國,被學者認為是“中國數學西化之肇始”。

然而,利瑪窦和徐光啟僅完成《幾何原本》前6卷,《幾何原本》後9卷的翻譯工作推遲了200多年,才由今天要介紹的主角--清代數學家李善蘭,與英國漢學家偉烈亞力(alexander wylie,1815-1887)合作完成。他們在清末第二次西方數學引入中國的過程中扮演了重要角色。此後,中國傳統數學逐漸西化,并與國際數學接軌。

中國傳統算學西化的推動者

李善蘭(1811-1882),是清末著名的數學家、教育家和翻譯家,原名心蘭,字壬叔,号秋紉,浙江海甯人。他自幼喜歡數學,10歲時,“讀書家塾,架上有古《九章》,竊取閱之,以為可不學而能,從此遂好算”。15歲左右,又自學了《幾何原本》前六卷、《測圓海鏡》、《勾股割圓記》、《四元玉鑒》等數學著作。及長,積極從事著述。

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圖1 李善蘭(1811-1882)

歐氏幾何嚴密的邏輯體系,清晰的數學推理,與偏重實用解法和計算技巧的中國古代傳統數學思路迥異,自有其特色和長處。李善蘭在《九章算術》的基礎上,又吸取了《幾何原本》中的西方數學知識體系,這使他的數學造詣日趨精深。

在研究中國傳統數學理論的同時,李善蘭還積極翻譯西方科學著述。1857年,李善蘭與英國漢學家偉烈亞力(alexander wylie,1815-1887)共同完成了歐幾裡得《幾何原本》後9卷的翻譯。同時,他還與偉烈亞力合譯介紹近代西方天文學理論的《談天》18卷、介紹西方微積分理論的《代微積拾級》18卷、介紹西方符号代數理論的《代數學》13卷。除此之外,李善蘭還與艾約瑟(joseph edkins,1823-1905)合譯了介紹西方力學理論的《重學》20卷,與韋廉臣(alexander williamson,1829-1890)共同翻譯了介紹西方植物學理論的《植物學》8卷。

值得一提的是,李善蘭還與偉烈亞力、傅蘭雅(john fryer,1839-1928)共同翻譯過牛頓的經典之作《自然哲學的數學原理》(譯名《奈端數理》),可惜沒有譯完,未能刊行。

在翻譯西方著述時,李善蘭創造了許多重要的中文數學名詞。“代數”、“函數”、“方程式”、“微分”、“積分”、“級數”、“植物”、“細胞”等,都是由他率先使用、引入中國學術體系的。他選用的這些中文的科學名詞,不僅意思貼切,易于了解,而且雅而不俗。這些名詞不僅在中國流傳,還東渡日本,沿用至今。

李善蘭是中國傳統算學轉變為現代數學過程中的重要人物,他在中國傳統算學和西方數學知識引進方面均有貢獻。其數學著作《則古昔齋算學》不僅展現了他對傳統數學體系的總結與創新,更是中國算學向現代數學轉變的曆史見證。

《則古昔齋算學》

《則古昔齋算學》是李善蘭的論著選集,共收錄十三種數學著作。其中既有中國傳統算學著作如《四元解》、《垛積比類》、《弧矢啟秘》,又有效仿西方數學、對清末以前傳入中國數學知識進行整理的著作,如《方圓闡幽》、《橢圓新術》,還有對西方數學方面進行研究的著作如《對數尖錐變法釋》、《級數回求》。

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圖2《則古昔齋算學》扉頁及序言

在首卷《方圓闡幽》中,李善蘭提出了“尖錐術”理論,這是他未曾接觸西方微積分學說之前,獨立創造發明的。他把“尖錐術”理論概括為十個“當知”,即:

一、“當知西人所謂點、線、面皆不能無體”。“點者,體之小而微者也;線者,體之長而細者也;面者,體之闊而薄者也”。 二、“當知體可變為面,面可變為線”。“盈尺之書,由疊紙而得;盈丈之絹,由積絲而成也”。 三、“當知諸乘方有線、面、體循環之理”。“方而因之則長,長而因之則匾,匾而因之則複方”。 四、“當知諸乘方皆可變為面,并皆可變為線”。 五、“當知平,立尖錐之形”。 六、“當知諸乘方皆有尖錐”。“三乘以上尖錐之底皆方,惟上四面不作平體而成凹形。乘愈多,則凹愈甚”。 七、“當知諸尖錐有積疊之理”。 八、“當知諸尖錐之算法:以高乘底為實,本乘方數加一為法,除之,得尖錐積”。 九、“當知二乘以上尖錐其所疊之面皆可變為線”。 十、“當知諸尖錐既為平面,則可并為一尖錐”。

李善蘭創立的“尖錐術”概念,是一種處理代數問題的幾何模型。現代學者認為,他對“尖錐曲線”的描述實質上相當于給出了直線、抛物線、立方抛物線等方程。他所創造的“尖錐求積術”,相當于幂函數的定積分公式和逐項積分法則。李善蘭還在各種三角函數和反三角函數的展開式、對數函數的展開式,在使用微積分方法處理數學問題方面取得了創造性的成就。

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圖3《方圓闡幽》十條“當知”節選

《則古昔齋算學》現傳本有清同治四至六年海甯刊本、清同治六年金陵刊本、清光緒八年江甯刊本等。中國科學院文獻情報中心收藏了清同治六年刊印的《則古昔齋算學》,其中包括李善蘭數學著作十三種二十四卷,附圓錐曲線說三卷。學者可通過古籍預約申請提閱。

參考文獻 [1] 田淼.中國數學的西化曆程[j].山東教育出版社,2005. [2]王渝生. 李善蘭的尖錐術[j]. 自然科學史研究, 1983(03):76-98. [3]張必勝. 李善蘭的學術人生及教育思想研究[j]. 高教探索, 2019, 192(04):119-125. [4]中國科普博覽. 創造著名“李氏恒等式”的數學家李善蘭[eb/ol]. [2021年10月22日]. http://www.kepu.net.cn/gb/basic/szsx/3/3_24/3_24_1013.htm.