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数学家李冶
李冶(1192年—1279年), 原名李冶, 字仁卿, 自号敬斋, 真定栾城(今河北省石家庄市栾城区)人 。 金元时期的数学家 。 金正大末进士, 辟知钧州 。 相传李冶原名叫李治, 因为朝廷禁止平民和古代帝王同名, 而他的名字又和唐高宗的名字相同, 于是就减去了一个点, 改名叫李冶 。
李冶在数学上的主要贡献是天元术(设未知数并列方程的方法), 用以研究直角三角形内切圆和旁切圆的性质 。 与杨辉、秦九韶、朱世杰并称为“宋元数学四大家” 。 作有数学著作《测圆海镜》 。
01
李冶自幼聪敏, 喜爱读书, 曾在元氏县(今河北省元氏县)求学, 对数学和文学都很感兴趣 。 《元朝名臣事略》中说:“公(指李冶)幼读书, 手不释卷, 性颖悟, 有成人之风 。 ”
父亲的正直为人及好学精神对李冶深有影响 。 在李冶看来, 学问比财富更可贵 。 他说:“积财千万, 不如薄技在身”, 又说:“金璧虽重宝, 费用难贮蓄 。 学问藏之身, 身在即有余 。 ”他在青少年时期, 对文学、史学、数学、经学都感兴趣, 曾与好友元好问外出求学, 拜文学家赵秉文、杨云翼为师, 不久便名声大振 。
1230年, 李冶在洛阳考中词赋科进士, 正大七年(1230), 李冶赴洛阳应试, 被录取为词赋科进士, 时人称赞他“经为通儒, 文为名家” 。 同年得高陵(今陕西高陵)主簿官职, 但蒙古窝阔台军已攻入陕西, 所以没有上任 。 接着又被调往阳翟附近的钧州(今河南禹县)任知事, 为官清廉、正直 。
1232年, 钧州城被蒙古军队攻破 。 李冶不愿投降, 只好换上平民服装, 北渡黄河避难 。 这是他一生的重要转折点, 将近50年的学术生涯便由此开始了 。
李冶北渡后流落于山西的忻县、崞县之间, 过着“饥寒不能自存”的生活 。 一年以后(1233), 汴京(今河南开封)陷落, 元好问也弃官出京, 到山西避难 。 1234年初, 金朝终于为蒙古所灭, 李冶与元好问都感到政事已无可为, 于是潜心学问 。 李冶经过一段时间的颠沛流离之后, 定居于崞山(今山西崞县)的桐川 。
金朝的灭亡给李冶生活带来不幸, 但由于他不再为官, 这在客观上使他的科学研究有了充分的时间 。 他在桐川的究工作是多方面的, 包括数学、文学、历史、天文、哲学、医学 。 其中最有价值的工作是对天元术进行了全面总结, 写成数学史上的不朽名著——《测圆海镜》 。 他的工作条件是十分艰苦的, 不仅居室狭小, 而且常常不得温饱, 要为衣食而奔波 。 但他却以著书为乐, 从不间断自己的写作 。 据《真定府志》记载, 李冶“聚书环堵, 人所不堪”, 但却“处之裕如也” 。 他的学生焦养直说他:“虽饥寒不能自存, 亦不恤也”, 在“流离顿挫”中“亦未尝一日废其业” 。 经过多年的艰苦奋斗, 李冶的《测圆海镜》终于在1248年完稿 。 它是我国现存最早的一部系统讲述天元术的著作 。
02
所谓天元术, 就是一种用数学符号列方程的方法, “立天元一为某某”相当于今“设x为某某”是一致的 。 在中国, 列方程的思想可追溯到汉代的《九章算术》, 书中用文字叙述的方法建立了二次方程, 但没有明确的未知数概念 。 到唐代, 王孝通已经能列出三次方程, 但仍是用文字叙述的, 而且尚未掌握列方程的一般方法 。 经过北宋贾宪、刘益等人的工作, 求高次方程正根的问题解决了 。 随着数学问题的日益复杂, 迫切需要一种普遍的建立方程的方法, 天元术便在北宋应运而生了、洞渊、石信道等都是天元术的先驱 。 但直到李冶之前, 天元术还是比较幼稚的, 记号混乱、复杂, 演算烦琐 。 例如李冶在东平(今山东省东平县)得到的讲天元术的算书中, 还不懂得用统一符号表示未知数的不同次幂, 它“以十九字识其上下层, 曰仙、明、霄、汉、垒、层、高、上、天、人、地、下、低、减、落、逝、泉、暗、鬼 。 ”这就是说, 以“人”字表示常数, 人以上九字表示未知数的各正数次幂(最高为九次), 入以下九字表示未知数的各负数次幂(最低也是九次), 其运算之繁可见一斑 。 从稍早于《测圆海镜》的《铃经》等书来看, 天元术的作用还十分有限 。
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