中國(guó)古代在數(shù)學(xué)方面,較長(zhǎng)時(shí)間走在世界前列。如點(diǎn)線面體幾何概念比西方早1900年;組合數(shù)學(xué)比西方早1200年;開(kāi)負(fù)數(shù)方以及解高次方程,也比西方早近800年。為何后來(lái)中國(guó)在數(shù)學(xué)方面落后了呢?有一種觀點(diǎn)認(rèn)為,這是由于中國(guó)的數(shù)學(xué)傳統(tǒng)是重計(jì)算、重個(gè)案、重結(jié)果,而不注重上升到原理和理論,這恰恰與后來(lái)的西方人重抽象、重規(guī)律、重概念相反。不過(guò),我們的祖先也不全是都注重計(jì)算,而不注重總結(jié),如世界上第一個(gè)發(fā)明正負(fù)開(kāi)方術(shù)的數(shù)學(xué)家劉益。
劉益是北宋定州人,生卒年不詳,約為英宗時(shí)人。從小善于學(xué)習(xí),廣泛涉獵,后專攻數(shù)學(xué),大約在元豐三年(1080年)完成《論古根源》這部數(shù)學(xué)著作,首次提出高次方程式的求根法。
劉益的求根法起源于北宋賈憲的“增乘開(kāi)方法”,但這一方法所解決的僅限于二次方程的純開(kāi)方問(wèn)題,而且方程未知數(shù)的“系數(shù)”和“結(jié)果”也僅限于正數(shù)和1的整數(shù)。如何尋找一種適用各種方程,包括系數(shù)為負(fù)數(shù)和非整數(shù),尤其能夠求解高次方程的普遍方法?一直是擺在當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)界的一個(gè)難題。
劉益在增乘開(kāi)方法的基礎(chǔ)上,反復(fù)研究和探討,先后攻克了系數(shù)為負(fù)數(shù)的方程的解法和方程首項(xiàng)系數(shù)為1的限制,即也可以解系數(shù)是小數(shù)的方程。找到了能夠適用于系數(shù)是正數(shù)、負(fù)數(shù)、整數(shù)、小數(shù)的所有方程,包括高次方程的求解方法。在宋朝數(shù)學(xué)界引起轟動(dòng),他的方法也被稱為“正負(fù)開(kāi)方術(shù)”。
這一方法,如果用語(yǔ)言表述就是:“用估根法,邊乘邊加,邊變換原方程的系數(shù),邊接近結(jié)果,直到求解完成。”劉益的方法,又經(jīng)南宋秦九韶進(jìn)行完善,更準(zhǔn)確簡(jiǎn)練。秦九韶將其改名為“大衍求一術(shù)”,后人給它起名叫“秦九韶程序”,實(shí)質(zhì)還是劉益的正負(fù)開(kāi)方術(shù)。
劉益發(fā)明的這種方法,西方人直到19世紀(jì)才找到。意大利數(shù)學(xué)家魯非尼于1804年,英國(guó)數(shù)學(xué)家霍納于1819年各自獨(dú)立提出這一方法,比劉益晚了近800年。而且魯非尼和霍納的計(jì)算方法也沒(méi)有劉益和秦九昭的簡(jiǎn)便明確。
由劉益發(fā)明的這種用正負(fù)開(kāi)方術(shù)解高次方程的求根方法,是當(dāng)今數(shù)學(xué)中求代數(shù)方程的解,以及電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中,仍然廣泛使用的極其有效的方法。各國(guó)中學(xué)、大學(xué)的數(shù)學(xué)課程幾乎隨時(shí)都在接觸