世界级数学大师梅文鼎有哪些历史贡献?

梅文鼎是清代初期著名的天文、数学家,为清代“历算第一名家”和“开山之祖”。与英国的牛顿,日本的关孝和同称为“世界科学巨擘”。

梅文鼎是一位自学成才的大数学家。他把中外数知识融会贯通,加以阐发,对我国后世数学的发展有很大影响。是我国近代数学的开拓者。

清代康熙帝是个热衷于科技的皇帝,对科技领域的许多课题深有研究,而对科技人才更是极为重视。1705年,康熙帝于南巡途中3次召见梅文鼎,讨论天文、历算等学术问题。

康熙翻阅着梅文鼎的数学著作《方程论》,向梅文鼎笑道:“朕今日闲来无事,便看了你写的《方程论》,此书明确提到‘形’和‘数’的观点,先生且把这个论点细细解释一番,朕想听听。”

梅文鼎想了想,回答道:“草民在《方程论》一书中按照‘形’和‘数’来区别数学对象。‘形’就是图形的意思,也就是几何学。‘数’即数量关系,是代数研究的内容。”

“而且,在数学的两大范畴即‘量法’与‘算术’中,分别以勾股和方程最为重要。勾股是量法之极,方程是算术之极。”

康熙点点头,笑道:“那你提到的‘几何即勾股’的论点又该作何解释呢?”

梅文鼎笑道:“回皇上的话,其实,中国古代的‘勾股术’是一切数学之本,一切几何不论是平面几何、立体几何,还是三角,乃至球面三角都可以用传统的勾股术来解释,甚至可以用勾股术来统一整个几何学。”

“在《几何原本》一书中,我明确指出‘几何即勾股’论的目的,就是用中国传统勾股术包容西方的几何学。”

康熙笑道:“你的观点也有些道理,只是以勾股术建构全部的几何学,是不是太绝对了点?”

梅文鼎答道:“草民之前也觉得有些绝对,但通过对15个论题的证明过程来看,‘几何即勾股’的概念还是能行得通的。”

康熙说道:“也罢,自圆其说是做学问的一重境界,也能祛除旁观者的疑窦。但据朕所知,数学运算的规律很多,但有些规律的存在并不明显,而人们大多知道,但却无人去总结。其中最明显的是‘乘法交换律’,听闻先生第一个用明文形式将此定律表述出来。不妨说来听听。”

梅文鼎笑道:“‘乘法交换律’可这样理解:‘实’是被乘数,而‘法’是乘数,分别用a、b表示,可写成ab。‘实’、‘法’在乘法上可以互用,就是说‘实’可以当做乘数,而‘法’则可以当做被乘数,即ab等于ba。”

康熙轻轻品一口香茗,笑道:“确实如此。朕再补充一句。西法中所用之数学正如你所说主要是球面三角法,明显优于中法。球面三角法应如何论述?”

梅文鼎垂首道:“草民略通一点。球面三角形是由大圆的孤连接球面上的三点所构成的三角形,因此,常用角度的单位表示。如同平面三角形一样,通常用字母A、B、C表示球面三角形的3个顶点,或三角形的3个角,用a、b、c表示它们所对应的边。”

“三条边和三个角,合称球面三角形的6个元素。大角对大边,大边对大角。球面三角形的内角之和大于180度,小于540度,其值的大小同三角形的面积成正比。球面三角形的边和角之间存在一定的数量关系,并且许多天文问题,都通过解球面三角形解决。”

康熙颔首道:“嗯。很好。咱们再说下图解法。图解法可用于代数和几何领域。如今利用几何图形的变换可证明许多代数公式,比如勾股定理的计算公式等。那图解法可否用于天文学领域呢?”

梅文鼎答道:“回皇上,这是可以的。草民曾把图解法引入天文学的研究中,大量运用几何图形来解释天文现象,几何学方法成为天文研究的重要工具。可以这么说,图解法的运用大大拓宽了中华民族在科技领域的研究范围,这是中西学术融会贯通的一大利好。”

康熙笑道:“先生所言非虚。当真不愧为一代科技宗师!”

梅文鼎见康熙以“科技宗师”这4个字来评价自己,不由的心头一震,忙道:“草民惶恐。‘科技宗师’4字实在担当不起。承蒙圣上不弃,得以在耄耋之年初见天颜,实慰平生所学。倘或不殚心竭虑于科技事业,当真是羞愧残生。”

康熙起身,踱步,笑道:“朕说你是科技宗师,你便是科技宗师。泱泱中华大国,似先生这般倾心于天文事业的学者,实在是寥寥无几,掰着手指头都能数过来。”

临别之际,康熙亲笔题写“绩学参微”4个大字来表彰梅文鼎在天文学和数学领域的辛勤劳作和不凡造诣,成为清代数坛佳话。

梅文鼎出身于书香门第,其先祖可远溯至北宋名儒梅尧臣。曾祖、祖父亦相继为明朝官吏。父梅士昌于明亡后隐居耕读。

梅文鼎自幼聪颖,儿时随父并塾师罗王宾仰观天象,就能了解运旋大意。9岁熟五经,通史事,有“神童”之誉。14岁入县学,15岁补博士弟子员,以后屡应乡试不第。

27岁师从竹冠道长倪观湖学习天文历法,并将学习心得写成《历学骈技》2卷,以后又广搜天文、数学方面的各种中、西算书,倪观湖认为他“智过于师”。

梅文鼎42岁时,在金陵购得明版《崇祯历书》一部分,同时抄得波兰教士穆尼阁的《天步真原》等书,从此开始系统钻研当时传入的西方天文、数学知识。

为开阔眼界,50岁的梅文鼎到人文荟萃的北京寻师访友,结交名流,获读历算大师王锡阐所著《圆解》、《测食》和其他历算专著,并对其所定“大统法”和“三辰仪晷”进行研究和讨论,写成《王寅旭书补注》。

1689年,梅文鼎奉明史馆诸公之召到了北京,他广交学者名流,努力开阔视野。他关于历算的宏论,使“史局服其精核”,一时名声大振。

随即应理学名臣李光地之邀,将其研习天文历法心得以问答形式撰成一书,取名《历学疑问》。

后来康熙帝读到李光地进呈的《历学疑问》,对书中观点非常欣赏。康熙帝于南巡途中,在德州运河舟中3次召见梅文鼎,深感梅文鼎学识渊博,称赞他为“科技宗师”。

梅文鼎作为当时“世界三大科学家”之一,毕生都在追求数学事业。他在传统数学研究方面著述丰厚,成就巨大;对当时传进来的西方数学,进行了全面的、系统的整理和会通工作,并且有所创造。

在传统数学研究方面,梅文鼎比较系统地整理和研究了一次方程组解法,勾股形解法以及求高次幂正根的方法。

在《方程论》中,梅文鼎纠正了当时一些流行著作的错误;对系数为分数的一次方程组提出新的解法。他又最先对数学进行分类,把传统数学分为算法和量法。

在《勾股举隅》中,对于已知勾、股、弦、勾股和及勾股积等十四事中任意两事可求解勾股形,梅文鼎举出若干例题来说明这种算法。他提出了勾股定理的三种新证法,并独立发现“理分中未线”。

在《少广拾遗》中,梅文鼎依据二项定理系数表,举例说明求平方、立方至十二乘方的正根的方法,虽未能恢复和发展增乘开方法,但已使明代逐渐消失的求高次幂正根的方法重新发展起来。其中也阐发“杨辉三角形”。

《古今历法通考》是我国第一部历学史。

《交食管见》、《交食蒙求》等,提出了更加准确的交食预报方法。

《平三角举要》、《弧三角举要》等,是我国最早的三角学和球面三角学专著。

《环中黍尺》五卷,论述球面三角形解法,并将此法应用于天文学,解答有关天球赤道、黄道的问题。

梅文鼎还做了大量拾遗补阙、匡正谬误工作,如著《庚午元历考》匡正《元史》、《志》之讹;著《交食图法订误》纠正杨光先《日食图》之误。著《回文法补注》、《西域天文书补注》、《浑盖通宪图说订补》、《七政草补注》等30余种。

在对西方数学的整理、会通过程中,梅文鼎也颇多创造。

《笔算》是介绍李之藻和利玛窦合作翻译的西方算术译著《同文算指》的算法。《筹算》是介绍纳皮尔算筹的计算,《度算释例》是介绍伽利略比例规的算法。

在这之中,他根据我国书写的特点和传统的习惯,他把《同文算指》的横式算式改为直式,把直式的纳皮尔算筹改为横式。

除了介绍伽利略比例规的算法,他还改正了意大利天主教耶稣会传教士罗雅谷在其《比例规解》中的讹误。

梅文鼎在《几何补编》中证明了除六面体外的其他四种多面体的体积和内切球半径的公式,纠正了《测量全义》计算二十面体体积的错误。

他还研究了许多复杂的有关正多面体的作图问题,例如在一个正六面体内做一个正二十面体,使其12个顶点都在六面体的6个面上。

对于《几何原本》,梅文鼎认为此书“以点线面体为测量之资,制器作图颇为精密”,但“篇目既多,而取径纡回,波澜阔远,枝叶扶疏,读者每难卒业”。因此他用传统的勾股算法进行会通,证明了《几何原本》卷2、卷3、卷4、卷6中15个定理。

梅文鼎的《堑堵测量》是用勾股算法会通球面直角三角形的边角关系公式,《环中黍尺》是用直角射影的方法证明球面三角学的余弦定理。结合球面三角计算的需要,他在《环中黍尺》中还用几何方法证明平面三角学的积化和差公式。

数学巨著《中西数学通》,几乎总括了当时世界数学的全部知识,达到当时我国数学研究的最高水平。

《仰观仪式》,将我国固有星图与西方传入的星图相互比较,把我国星图有名而外国无名的星,都一一注明,并列出我国古代二十八宿与近代星座对照表。

上述这些关于传统数学和阐发西学的著作,有释义,有理论,有解法,有应用,既坚持了我国古代数学密切联系实际的传统,又十分重视数学理论的研究。他的研究范围几乎涉及当时可能接触到的各个领域,并在一些领域中取得了有相当水平的研究成果。

梅文鼎生当西方历算东渐、我国古代科学衰微之时,他独树一帜。其数学研究遍及初等数学各方面,是我国传统数学处于沉寂和复苏交接时期的一位承前启后、融会中西的数学大师,在发掘、整理古代传统数学和传播、疏散引进西方数学上作出了巨大的贡献。其影响及于整个清代,而且声誉播于海外。

清代思想家梁启超在《清代学术概论》中,把梅文鼎列为清代六大儒一,誉为清代天文算法“开山之祖”。清代著名数学家焦循赞扬梅文鼎的学术成就时曰:“千秋绝诣、自梅而光。”

梅文鼎的《梅氏丛书辑要》收录了他的数学著作13种40卷,天文著作10种20卷,还著历算书80余种;丛书收入《四库全书》,流传日、英、法等国,对世界数学天文学产生了巨大影响。

另外,梅文鼎亦擅诗文,作诗2000多首,《积学堂诗钞》仅收368篇。其弟文鼐、堂弟文鼏、子以燕、孙毂成、玕成、曾孙玢、钫等10多人都通晓数学,祖孙四代被誉为“宣城数学派”。

17世纪至18世纪,世界上有3位齐名的大数学家:英国牛顿、日本关孝和、中国梅文鼎。

牛顿,是英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家,牛顿在科学上最卓越的贡献是创建微积分和经典力学。关孝和是日本古典数学的奠基人,也是关氏学派或称关流的创始人,在日本被尊称为算圣。

而我国的梅文鼎则是承前启后、横贯中西的数学大师、清代天文算法“开山之祖”、清代“算学第一人”。

 

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