《九章算術》與不可公度量 (第 2 頁) 李國偉
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.原載於《自然辯證法通訊》,第16卷第2期,1994,49頁∼54頁。 .作者任職於中央研究院數學研究所 •註釋 •對外搜尋關鍵字 |
《九章算術》本文的開方術雖然可以處理帶分數,但是方法上還是從正整數的開方出發。對於正整數而言,《九章算術》的「術」是一個正確的演算程序,也就是說這個程序執行到個位數算出時便停止,如果起始的數是平方數,則答案確實是該數的平方根。所謂「開之不盡」,是指程序停止時,「實」的部分不空,還沒有涉及任何無限步驟的「不盡」。劉徽在注「勾股」章第十一題時說:
「假令勾、股各五,弦冪五十,開方除之,得七尺,有餘一,不盡。假令弦十,其冪有百,半之為勾、股二冪,各得五十,當亦不可開。」註7 更可證明「不盡」只是表示開一個非平方數時,實的部分有餘,而「不可開」是相同涵義的另外一種表達方式。只要把平方數由小到大枚舉出來,顯然易見太多的數不是平方數,因此有能力明白說出存在「開之不盡」的狀況並不稀奇。如果起始的數為 n,開方的目的是求以 n 為面積的正方形的邊長(即其面),既然 n 不是平方數,只好叫這條邊長做「n 之面」,這就是「以面命之」的本意。註8 如果 n 是平方數,它的「面」就是一個正整數,我們仍然可稱其為「n 之面」。例如「少廣」章「開立圓術」的劉徽注有「內渾二十五之面,謂積五尺也。」註9 可見「面」的使用並沒有硬性限制在開不盡的情形,「開盡」與「開不盡」的區別,除了反映正整數中有些是平方數、有些不是平方數外,似乎還沒有導引出對更深層差異的認識。 劉徽在前引開方術的注文之前曾說:
「術或有以借算加定法而命分者,雖粗相近,不可用也。凡開積為方,方自乘當還復其積分。令不加借算而命分,則常微少;其加借算而命分,則又微多。其數不可得而定。故惟以面命之,為不失耳。譬猶以三除十,以其餘為三分之一,而復其數可舉。」 除了把「面」當做代表無理數之外,也有人以為「以面命之」的「命之」是要命分數。註10 可是在「方田」章「合分術」裡及「衰分」章「衰分術」裡均提到「不滿法者,以法命之。」註11 「平分術」裡提到「以法命平實,各得其平。」註12 如果要命一個分數時,必然會提到什麼是法,很明確的知道是在命名一個分數。因此比較合理的說法是,劉徽並沒有把「以面命之」的「命之」理解成在命分數,他只是闡明有人用「借算加定法」的帶分數當做平方根是不精確的,然後他又給了兩個帶分數形式的根數上、下限。劉徽緊接著的求微數方法,是逐步增高十的冪次做為分母,求取更精確的帶分數形式的近似根。 另外他說「退之彌下,其分彌細」,也並不表示說要無窮次的分下去。反倒是他說「雖有所棄之數,不足言之也」,應該是表示在有限次逼近後會停下來,因而才可能有「所棄之數」。註13 如果我們看劉徽注「方田」裡「半周半徑相乘得積步」的長篇大論,註14 他順序開方算出尺、寸、分、釐、毫、秒、忽等單位後,只再多算一位無名的微數。所以「不足言」在實際應用上,似乎表示只算到沒有單位名字之後一、二位而已。至於這個程序在「不足言」之後,是否永遠可以再繼續下去,劉徽沒有說任何話,可能他並不在意這裡面是否潛藏著一個重大的分水嶺。註15 幾何物件都能用適當選擇的單位度量出一個數值來,是中國古代數學的樸素信念。中算家從「開不盡」的現象中,未曾警覺到樸素信念可能帶來的內在矛盾,也就是無論度量的單位選得怎麼小,有些量還是無法用整數來度量。雖然戰國末年的韓非 (c. 280 B.C.∼233 B.C.) 曾有「以子之矛,陷子之盾」的故事,正確體會到「為名不可兩立」的道理。但是一般而言,對於抽象思辯導出的矛盾,古代中國人是不太敏感的。因此《九章算術》裡「以面命之」的「面」,充其量好比是還沒有細分出「氧」的「空氣」,不適合拿來當做已有「無理數」概念的證據。
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最後修改日期:12/2/2003 |