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康熙皇帝與符號代數

來源:網絡 2009-08-31 09:41:42

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  歐基里得(Euclid)曾說:“學習幾何學沒有王者之路!”。事實上,學習代數學亦然,譬如說吧,在中國數學史上鼎鼎大名的康熙皇帝,就在符號代數的學習過程中,表現了類似今日國中學生茫然不知所措的模樣,這個歷史經驗,實在很值得教學工作者參考與借鏡。

  這里所指的符號代數,當然是清初傳教士傳入中國的西方數學知識。當時有兩種西方代數傳入中國,第一種被稱作“借根方比例法”,第二種則叫作“阿爾熱巴拉新法”。所謂“阿爾熱巴拉”,無疑是英文“algebra”的音譯,也曾被稱作“阿爾熱巴達”或“阿爾朱巴爾”(當是法文“algebre”的音譯)。其實,這幾個名稱也都曾指涉第一種,譬如在公元1711年,康熙皇帝與直隸巡撫趙宏燮討論數學時,就指出:

  算法之理,皆出于‘易經’,即西洋算法亦善,原系中國算法,彼稱為“阿爾朱巴爾”者,傳自東方之謂也。

  來年梅觳成入宮肄業于暢春園的蒙養齋,負責主編《數理精蘊》等書,康熙皇帝授以傳教士傳入的代數學,并且諭示:

  西洋人名此書為阿爾熱巴達,譯言東來法也。

  按此書可能是某傳教士所譯的《借根方算法節要》。至于在該書中不沿襲原名而改稱為“借根方法”,“乃譯書者就其法而質言之也。”換句話說,“借根方(比例)法”是一種“意譯”!后來奉康熙皇帝指示,梅觳成遂將它編入《數理精蘊》(1723)卷三十二——三十六。

  然則何以“algebra”是一種“東來法”呢?這就必須追溯這個英文字的語源了。原來“algebra”相當于拉丁文的“al-jabr”,出自阿拉伯數學家阿爾花拉子模(Al-Khwarizmi,第九世紀)的一本代數著作的書名(Hisabal-jabrw‘almuqabala),原指“還原”(restoration)之意,例如將2x+5=5-3x“還原”成5x+5=8.這種代數不但未涉及符號法則(symbolism),當然也不曾引進文字系數;同時,方程式(equation,原意是令相等之后所得到的式子)兩端也像天平平衡一樣而不等于零,譬如二次方程就表示成像x+6x=4等等;此外,求解程序也都以文字敘述。后來再由意大利數學家卡丹(G.Cardano,1501-1576)全盤接收,因此,對西歐人而言才有“東來法”之說。至于“符號代數”(symbolicalgebra),則是第二種,亦即“阿爾熱巴拉新法”的主旨,源自法國數學家維達(F.Vieta,1540-1603)著作《解析方法入門》(IntroductiontoAnalyticArt,1591-95)的發明。它的特征除了代數方程的系數以文字符號表示、符號可以一如數目演算之外,方程式任何一端可以置零,譬如ax+bx+c=0;還有,維達也特別強調代數是研究像二次方程這種“形式”(speciesorformsofthings)的學問,而算術則完全訴諸數目(speciesofnumbers)。

  有趣的是,當時中國人為了安心學習西算,遂將“東來”解釋成來自中國,于是,梅觳成就以《測圓海鏡》(元李冶撰)與《數理精蘊》中例子,來比較“天元術”與“借根方法”,證明它們“名異而實同”。可惜,中土“不知何故遂失其傳,猶幸遠人慕化,復得故物”,“東來之名”正好表示西人不忘本,如此說來,中國人怎么可以不好好地學習西算呢。這是梅觳成為盛行于明末清初“西學中原說”所下的最佳注腳。

  如此說來,康熙皇帝不可能對一樣是代數學的“阿爾熱巴拉新法”沒有興趣。問題是:何以由康熙皇帝主編的《數理精蘊》只字不提“新法”?最主要的原因之一是:康熙皇帝無法了解符號演算的意義。這當然也可能涉及引進者的數學素養及其數學傳統。事實上,《阿爾熱巴拉新法》是法國傳教士傅圣澤(JeanFranciosFoucquet,1665-1741)為了教導康熙皇帝學習“新代數”而寫的。一七一一年之后,傅圣澤應召入宮伴讀西方天算。有一天,康熙想知道傅圣澤對代數的看法,于是,傅圣澤遂趁機介紹“新代數”,并強調它比“舊”代數更簡單而且更具有一般性。其實,在《阿爾熱巴拉新法》卷一第一節中,傅圣澤即強調了“新法與舊法之所以異”:

  或問:阿爾熱巴拉舊法,乃最深遠之法也,何為又有新法,意必舊法猶有未善者與?

  答曰:舊法未嘗不善,但于通融之處,有所不及也,故又有新法濟之。

  既然如此,那么二法何以區別呢?傅圣澤指出:“所以異者,因舊法所用之記號,乃數目字樣,新法所用之記號,乃可以通融之記號。”所謂“通融記號”,即是指代數符號,“在中華可以用天干地支二十二字以代之”。為了說明它的便利與巧妙,傅圣澤“試以一式明之。假如有一題,凡兩個數目字之平方,必包涵四件,乃每字之平方,與兩字相乘之兩長方,今將十二之兩數目字以發明其理。”請參閱我們從該書所復印下來的插圖及說明,即可發現傅圣澤試圖利用幾何意義從(10+2)=100+2(10)(2)+4來“類推”(a+b)=a+2ab+b,此二項式被翻譯成(甲+乙)(甲+乙)=甲甲+二甲乙+乙乙(請注意該書“加號”與“等號”與現行不同)。從教學觀點來看,傅圣澤的解釋可以說是盡心盡力了,不過,對西算造詣頗深的康熙皇帝還是作出如下的反應:

  諭王道化:朕自起身起身以來,每日同阿哥等察《阿而熱巴拉新法》,最難明白,他說比舊法易,看來比舊法愈難,錯處易甚多,騖突處也不少……還有言者:甲乘甲、乙乘乙,總無數目,即乘出來亦不知多少,看起來想是此人算法平平耳。(參考《掌故叢編》二輯《清圣組諭旨二》)

  在西方數學史上,符號代數在十六世紀末被發明之后,大約花了將近一世紀的時間才逐漸被數學家廣泛接受。究其原因,這些西方數學家應該跟康熙皇帝一樣,無法了解符號演算的意義。由此一歷史教訓,我們或可推論:符號代數的學習需要比較成熟的數學心智,因為即使天縱英明如康熙也表現得束手無策。所以,我們希望國中教師在講解一元一次方程的解法時,千萬多一點耐心與包容,因為從數目演算到符號演算這個“認知跳躍”,對貴*賢愚顯然一視同仁,都是必須努力才能跨越的門坎!

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