如法开之,得半径,合问。"
易于用今天的代数语言对上述解题过程作出解释。如图1,设圆城半径为x,则
从李冶的天元术解题过程可见,多项式的写法是:只列出各项系数,按幂的次数从低到高的顺序,由下至上排列。一次项系数旁标一"元"字(有时也在常数项旁标一"太"字),上面依次为二次项系数,三次项系数,等等,而下面为常数项。例如,图2(采自《测圆海镜》卷六)表示的就是三次多项式
方程总是化成右边等于零的形式,因此只需写出左边的多项式;只不过此时不再出现"元"字,因为最下面一个数总是常数项,不会产生歧义。
可以说,李冶在数学专著《测圆海镜》中通过勾股容圆问题全面地论述了设立未知数和列方程的步骤、技巧、运算法则,以及文字符号表示法等,使天元术发展到相当成熟的新阶段。
《益古演段》则是李冶为天元术初学者所写的一部简明易晓的入门书。他还著有《敬斋古今黈》、《敬斋文集》、《壁书丛削》、《泛说》等,前一种今有辑本12卷,后3种已失传。
朱世杰的代表作《四元玉鉴》记载了他所创造的高次方程组的建立与求解方法,以及他在高阶等差级数求和、高阶内插法等方面的重要成就。
除李冶、朱世杰外,元代色目人学者赡思《河防通议》中也有天元术在水利工程方面的应用。
03朱世杰的四元术
李冶之后,天元术经二元术、三元术,到了元代朱世杰的《四元玉鉴》,进一步发展为四元术。"其法以元气居中,立天元一于下,地元一于左,人元一于右,物元一于上"。朱世杰分别称一元方程为"一气混元"、二元方程为"两仪化元"、三元方程为"三才运元"、四元方程为"四象会元",汲取了天元术的思想方法,参照了线性方程组用算筹摆出的"矩阵"运算方法,创造出以"天"、"地"、"人"、"物"表示四个不同未知数的四元高次方程组的数值解法,成功解决了四元高次方程组的建立和求解问题,达到了宋元数学的最高成就。而从名称来看,朱世杰的《四元玉鉴》天、地、人与物并列的四象会元方法,也极有可能受到道教思想的影响。
朱世杰所著《算学启蒙》共3卷259问,内容包括常用数据、度量衡和田亩面积单位的换算、筹算四则运算法则、筹算简法、分数、比例、面积、体积、盈不足术、高阶等差级数求和、数字方程解法、线性方程组解法、天元术等,是一部较全面的数学启蒙书籍。其中所给出的正负数乘除法则和完整的九归除法口诀,为中国数学史上首次出现。该书流传到朝鲜、日本等国,在我国一度失传。1839年得到朝鲜翻刻本重新翻印流传,后人多有注释。
继天元术之后,数学家又很快把这种方法推广到多元高次方程组,最后又由朱世杰创立了四元术。自从《九章算术》提出了多元一次联立方程后,多少世纪没有显著的进步。
在列方程方面,蒋周的演段法为天元术做了准备工作,他已经具有寻找等值多项式的思想;洞渊马与信道是天元术的先驱,但他们推导方程仍受几何思维的束缚;李冶基本上摆脱了这种束缚,总结出一套固定的天元术程序,使天元术进入成熟阶段。