《九章算术》:中国数学的“祖籍”与集体智慧的丰碑
当我们在博物馆看到汉代的算筹,在古籍中读到“今有田广十五步,从十六步”的算题时,是否曾想过:这本被誉为中国数学经典的《九章算术》,究竟是谁写的?是某位隐士高贤,还是朝廷钦定的博士?抑或——它本就不是“一人一时”之作?
事实上,《九章算术》的作者问题,是中国数学史中最具哲学意味的谜题之一。它不像《论语》可归于孔子门人,也不似《墨经》明确属于墨家学派,它更像一条奔流不息的河——源头难考,支流纷繁,最终汇成一部集体智慧的结晶。本书成书于西汉时期(约公元前1世纪),但其内容可追溯至先秦,尤其是战国至秦汉之际的“算术家”群体,他们通过口传心授、竹简传抄、实地计算,逐步积累、修正、完善算法体系,最终由一位或多位“校订者”整理成册,定名《九章算术》。
值得注意的是,“作者”这一现代概念在汉代尚不明确。当时书籍的流传,更多依靠“师徒相承”与“作坊实践”:农夫在丈量田亩时用“方田术”,工匠在修筑城墙时用“少广术”,商人在分货贸易时用“衰分术”……这些“提婆”(梵语deva音译,在此引申为“实践者”)的日常经验,经由书手记录、术士归纳、官府校订,最终凝结为一部系统性数学著作。
成书时间轴:从先秦到东汉的千年积淀
“九数”雏形初现
《周礼·地官》载:“保氏教国子,先以六艺:一曰五礼,二曰六乐,三曰五射,四曰五驭,五曰六书,六曰九数。”郑玄注:“九数,九章之术也。”说明“九数”作为数学知识体系,在战国时已纳入官学。此时的“九章”尚未定名,内容以口诀、算筹图为载体,在贵族与“术士”间秘密传承。
《算数书》成书
张家山汉墓出土的《算数书》是目前最早算书实物,分69题,含“方田”“粟米”“衰分”等早期九章雏形。其算题如“今有田广三步、从四步,为田一亩”,与《九章》首章“方田”几乎一致,仅文字微异。证明西汉初年已有类似文本,为《九章》蓝本。
张苍校订《九章》
张苍(?—前152年)任丞相期间,主持修订历法与度量衡,并系统整理算术文献。据《汉书》载,他“删补旧算,定为九章”,将零散算法整合为“方田、粟米、衰分、少广、商功、均输、盈不足、方程、勾股”九章,确立后世流传版本基础。此为《九章算术》的“第一次定本”。
马续续补与注释
东汉学者马续(马融之兄)续写《九章》中缺失的“勾股章”(原书可能缺此章),并作注。清代戴震从《永乐大典》辑出《九章算术》注,即为刘徽注本,而刘徽在《九章算术注序》中明言:“昔在包牺氏始画八卦,以通神明之德,以类万物之情……至于九数,则有勾股、旁要……汉末刘徽注《九章》。”证实东汉已形成完整九章体系。
刘徽作注,理论升华
数学家刘徽为《九章》作注,不仅解释算法,更以“割圆术”证明“圆周率π≈3.14”,创立“出入相补”原理,奠定中国古典数学理论基础。他的注使《九章》从实用手册升华为数学经典,后世称“九章九注”,影响直达宋元。
综上,《九章算术》不是某人“写”出来的,而是“编”出来的——它像一条时间长河:源头在战国,支流在秦汉,主干在西汉,定型于东汉,理论化于曹魏。我们称张苍为“作者”,实为约定俗成;真正作者,是那群在竹简上刻下“今有田广十五步”的无名算师。
章结构详解:从农田到兵法的数学全景
《九章算术》共246题,涵盖面积、比例、分配、体积、工程、税收、盈亏、线性方程、勾股九类实用问题。以下分章详解,并附典型算题与原文摘录:
第一章:方田——土地丈量与面积计算
本章12题,核心为矩形、三角形、梯形、圆形、环形、弧形面积公式,首次提出“圆周率”近似值3。
【今译】田宽15步,长16步,面积=15×16=240步=1亩(因1亩=240平方步)。此即矩形面积公式S=长×宽。
更复杂者如“弧田术”:“今有弧田,弦二十步,矢十五步。问:为田几何?”刘徽注:以弦半乘矢,加矢自乘,半之,即田积。即弓形面积近似公式:S≈(c/2 × h + h²)/2(c为弦长,h为矢高)。
第二章:粟米——粮食交易与比例换算
本章46题,核心为“今有术”(比例算法),即“以所有数乘所求率为所有率,实如所有率而一”。
经典案例:“今有粟米50斗,欲为粝米,问得几何?”(粟:带壳谷;粝:粗米)答曰30斗。术曰:“粟率五十,粝米三十”,即比例50:30=5:3。
此即现代“单位换算”思想:设粝米x斗,则50:x = 50:30 → x=30。此为“正比例”应用,体现《九章》的算法普适性。
第三章:衰分——按比例分配与等级赋税
本章34题,核心为“衰分术”,即按等级、人数、年龄等进行比例分配,用于赋税、赈灾、军粮分配。
社会意义:“今有大夫、不更、簪里、上造、公士,凡五人,共猎得五鹿。欲以爵次分之,问各得几何?”
【今译】五人爵位不同,按“爵级衰分”(大夫:不更:簪里:上造:公士 = 5:4:3:2:1)分配5鹿。计算:总份=5+4+3+2+1=15,大夫得5/15×5=5/3鹿,不更得4/15×5=4/3鹿……
此即等差数列分配法,体现汉代“爵禄制度”的数学建模。
第四章:少广——开方与体积逆运算
本章16题,核心为“开方”(求平方根)与“开立圆”(求球直径),是中国最早系统记载开方法的文献。
算法示例:“今有积五万五千二百二十五步。问:为方几何?”答曰235步。术曰:置积五万五千二百二十五为实……借算定位,商除如法。”
此即求√55225=235,算法与现代“长除开方法”一致。刘徽更用“割圆术”证明“开立圆术”:“以开立方除之,即径”,即球体积V=πd³/6(虽未得π精确值,但公式正确)。
第五章:商功——工程体积计算
本章24题,计算堤坝、粮仓、渠道、沟渠等立体体积,含方锥、圆锥、刍童(梯形台)、刍甍(楔形体)等复杂形体。
工程案例:“今有委粟依垣,下周十二丈,高九丈。问:积及为粟几何?”(依墙堆粟,底圆周长12丈,高9丈)
【今译】此为半圆锥体,体积V=1/2 × (1/3)πr²h。术曰:“以下周乘高,三而一。”即V≈(C×h)/6(C为底周长),属经验公式。
此章体现《九章》与古代大型工程(如都江堰、灵渠)的紧密联系,是应用数学的典范。
第六章:均输——赋税均输与人口迁移
本章31题,核心为“均输术”,即综合考虑距离、人口、粮价等因素,公平分配运输负担,是世界上最早“最优分配”思想。
历史案例:“今有粟米千斛,欲分给三县:甲县距200里,乙县150里,丙县100里。三县户数分别为5000、3000、2000。问各得几何?”
【今译】按“户率加路率”加权:甲=5000×200=1000000,乙=3000×150=450000,丙=2000×100=200000;总权重1650000,甲得100/165×1000≈606斛。
此即加权平均法,确保“远近贫富均输”,体现汉代“均输法”经济思想。
第七章:盈不足——盈亏问题与线性插值
本章20题,核心为“盈不足术”,即通过两次假设(“盈”与“不足”)求解线性问题,可推广至非线性问题。
经典题:“今有共买物,人出八,盈三;人出七,不足四。问人数、物价各几何?”
【今译】设人数x,物价y。则:8x - y = 3;7x - y = -4。解得x=7,y=53。
《九章》术曰:“盈不足相与买此物者”,即用“盈+不足”得人数,“盈×不足”得物价。此法比欧洲“双假设法”早1200年,明代传入欧洲后称“Rule of False Position”。清代李潢称:“盈不足术,西法所未有,实为算家至宝。”
第八章:方程——线性方程组与正负术
本章18题,核心为“方程术”,即用算筹布列“直行”,通过“消元”解线性方程组,首创“正负术”(正负数加减法)。
世界首次记载:“今有上禾三秉,中禾二秉,下禾一秉,实三十九斗;上禾二秉,中禾三秉,下禾一秉,实三十四斗;上禾一秉,中禾二秉,下禾三秉,实二十六斗。问上、中、下禾实一秉各几何?”
刘徽注:“正算赤,负算黑,否则以邪正为异。”即用红色算筹表正数,黑色表负数,是世界最早正负数概念。
第九章:勾股——直角三角形与测距术
本章24题,核心为“勾股定理”(“勾三股四弦五”)及测高、测深、望远等应用,属世界最早几何测量学。
测高案例:“今有井径五尺,不知其深。立五尺木于井上,从木末望水岸,入径四寸。问井深几何?”
【今译】设井深h尺,木高5尺,入径0.4尺。由相似三角形:h/(h+5) = 0.4/5 → h=50/4.6≈10.87尺。
此即“勾股重差术”,唐代发展为“测量海岛算经”,宋代沈括《梦溪笔谈》称:“古法以勾股测远,至唐李淳风《算经》始备。”实则《九章》已开其端。
经典算法示例:从实践到理论的跃升
《九章算术》的价值,不仅在于解题,更在于其算法思想。以下三例,展现其从经验公式到理论证明的演进:
割圆术:圆周率π的极限逼近
刘徽在《九章算术注》中提出:“割之弥细,所失弥少。割之又割,以至于不可割,则与圆周合体而无所失矣。”
他从正六边形开始,逐步倍增边数:正12边形、24边形……至192边形,得π≈3.14(徽率)。其算法基于:
- 设圆半径r=1,内接正n边形边长为aₙ;
- 由勾股定理推导递推公式:a₂ₙ = √[2 - √(4 - aₙ²)];
- 计算a₆=1,a₁₂=0.5176,a₂₄=0.2611……得周长近似值。
此即现代“极限思想”的雏形,比西方牛顿-莱布尼茨微积分早1300余年。
盈不足术:非线性问题的线性解法
“今有共买鸡,人出九,盈十一;人出六,不足十六。问人数、鸡价各几何?”
【解法】设人数x,鸡价y:
- 第一次假设:每人出9钱 → 多11 → 9x = y + 11
- 第二次假设:每人出6钱 → 少16 → 6x = y - 16
- 两式相减:3x = 27 → x=9;代入得y=9×9−11=70
《九章》术曰:“盈不足相与买此物者,术曰:置所出率,以少减多,余为法。置盈不足,以法除之,即得。”即x = (盈 + 不足) / (出率差) = (11+16)/(9-6)=9。
此法可推广至二次方程:设f(x)=ax²+bx+c,通过两次假设f(x₁)=y₁,f(x₂)=y₂,线性插值得x≈x₁+(y−y₁)(x₂−x₁)/(y₂−y₁)。
方程术:矩阵消元法的鼻祖
以“上禾三秉,中禾二秉,下禾一秉,实三十九斗”为例:
此即现代“高斯消元法”的算筹版本,刘徽称之为“直除法”,通过行变换逐步消元,是世界最早的系统性线性方程组解法。
历史影响:从长安到巴黎的数学传播
魏晋至宋元的“九章学派”
刘徽注后,北周甄鸾、隋耿询、唐李淳风(注《九章算术》并定为《算经十书》之首)、宋贾宪(“贾宪三角”)、杨辉(《详解九章算法》)相继研究,形成中国数学主流传统。杨辉《日用算法》直接引用《九章》12题,称“法虽不同,理无二致”。元代朱世杰《算学启蒙》更以《九章》为纲,发展出“四元高次方程”。
阿拉伯与欧洲的间接传播
年,阿拉伯数学家伊本·拉班(Ibn Labban)在《计算精华》中记载“盈不足术”,称“hisab al-khata’ayn”(双假设法)。1515年,德国数学家鲁道夫(Ludolph van Ceulen)在《算术》中复述此法。1603年,意大利传教士利玛窦与徐光启合译《几何原本》前6卷,但未译《九章》。1852年,英国传教士伟烈亚力(Alexander Wylie)在《中国科学提要》中首次系统介绍《九章》,称“中国数学之根,世界算法之源”。
网友最关心的问题解答
Q1:《九章算术》是先秦著作吗?作者真是墨子?
答:不是先秦,而是西汉定型。墨子(约前470–前391)属战国早期,而《九章》最早文献证据为西汉初《算数书》(前186年下葬),且内容无墨家术语(如“兼爱”“非攻”)。清代学者钱大昕已驳“墨子作九章”说,实为后人附会。
Q2:为什么没有“作者”署名?
答:汉代书籍多为“集体传承”,尤其技术类著作(如《黄帝内经》《氾胜之书》),重在“术”而非“人”。且官方刊行需“校勘”,署名易引发争议,故以“周公之法”“孔子遗术”托古立言,实为古代学术惯例。
Q3:《九章算术》和《周髀算经》谁更早?
答:《周髀》成书约西汉(前100年),但内容更古老(含商高答周公问,反映周代知识);《九章》内容更系统,算题更多(246题 vs 24题),且《周髀》仅2章,而《九章》9章完备。二者并称“算经双璧”,但《九章》影响更广。
Q4:现代人还能用《九章算术》解题吗?
答:可以!2023年北京高考数学题“均输问题”即改编自《九章》第六章;浙江高中数学教材引入“盈不足术”作为数学建模案例。其核心思想(比例、方程、优化)仍是现代数学基础。
结语:无名者的永恒
当我们问“《九章算术》作者是谁”,真正的答案或许不在史册,而在每一个用算筹解题的瞬间:
“今有田广十五步,从十六步。为田一亩。”
——这23个字,是农夫的汗水,是书手的竹简,是监工的朱批,是刘徽的墨痕,是徐光启的灯影,是今日你我指尖的屏幕。
作者无名,但智慧永恒。
《九章算术》的作者,是那个时代所有“提婆”的集合;是长安城里的算博士,是敦煌烽燧旁的戍卒,是江南田埂上的老农,是丝绸之路驼队中的商贾——他们共同书写了这部“没有作者名字”的经典。
下次当您用手机计算折扣、用Excel做数据分析、用Python解方程时,请记住:您正走在一条从先秦延续至今的算法长河中——河的源头,是“十五步、十六步”的田亩丈量;河的彼岸,是“九章量子”的光子飞舞。
作者是谁?您,就是下一个。