李冶:封龙山中以天元术测勾股容圆

先要把两个名字分开。本篇的李冶,是金元之际的数学家,原名李治,字仁卿,号敬斋,真定栾城人,生于金明昌三年,卒于元至元十六年;唐代那位与薛涛、鱼玄机齐名的女道士诗人李冶,字季兰,死于唐德宗建中年间,比他早了四百余年。两人同名异人,一在算学,一在诗坛。金正大七年,这位李冶登词赋进士第,做过钧州知州的属官。开兴元年,蒙古军攻破钧州,他换上平民衣装北渡黄河,从此流落忻州、崞县之间,借住在旁人的馆舍里,随身只剩一点残破的书册。

乱离之中,他没有丢下算筹。后来他迁居河北元氏,在封龙山下聚徒讲学,山中学人敬称为敬斋先生。忽必烈在潜邸时曾召他问答,他应答从容;入元后朝廷两度以翰林学士相召,他就职月余便以老病辞归。真正占去他山中岁月的,是一套古老而艰难的演算。他在《测圆海镜》自序里说,自己自幼喜爱算数,总觉得古来考圆的方法处处牵强,不合自然;晚年得到「洞渊九容」之说,日夜推演玩味,从前堵在胸中的疑团,竟像爆裂一样尽数落下。

所谓容圆,讲的是勾股形与内切圆的题目:一个直角三角形,三边与内切圆的直径、各种切圆之间,存在怎样的数量关系。前人一题一术,支离破碎。他用的方法叫天元术,先设所求之数为「天元一」,依题意逐层摆出算式,正负相消,最后解出这个未知数,已近于今天设未知数以立方程的思路。他把这一术用于九种容圆情形,反复衍算,日积月累,共得一百七十问,于蒙哥汗戊申年写成《测圆海镜》十二卷。书取天临海镜、物无遁形之义,卷首列圆城图式,每题先列法、再给草,演算步骤清清楚楚。

入元以后,他又取北宋蒋周的《益古集》,以天元术重加演述,写成《益古演段》三卷,共六十四问,把艰深的方程思想拆得更浅近,方便初学入门。这两部书,与当时秦九韶、杨辉以及后来朱世杰的著作同属一个数学高峰,后世把他们并称为宋元四大家。他临终时把儿子克修唤到榻前,说自己一生诗文著述死后都可烧去,唯独《测圆海镜》耗尽精思,后世必有知者,务必传下去。书在他身后几度濒临散佚,元、明、清三代靠抄本与刻本断续流传,清人修《四库全书》时又从《永乐大典》中辑出校订,天元一术才重新被国人读懂。

一个在亡国之初微服北渡的书生,在山里把旁人视为贱技的九九之学做了一辈子。他在自序里说,若能推自然之理、明自然之数,纵是远到天地边缘、幽至鬼神情状的难题,也没有算不合的。他没有等到世运清平,却替战乱中的中国数学守住了最精的一线灯火。

❝推自然之理,以明自然之数。❞