李善蘭|歷史教科書上的中國數學家

李善兰|历史教科书上的中国数学家

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李善蘭的名氣不可謂不大,相信很多人在歷史教科書上見到過他的畫像,知道他是一個著名的數學家。

李善兰|历史教科书上的中国数学家

《清史稿》載:“李善蘭強絕人,其於算,能執理之至簡,馭數之繁,故衍之無不可通之數,扶之即無不可窮之理。 ”表明他聰慧,精通數學。最能體現其卓越的數學才能的,當是李善蘭通過自學翻譯西方近代數學和著書立說,為我們留下了宏豐論著,諸如《幾何原本》、《代微積拾級》等。

李善兰|历史教科书上的中国数学家

與《幾何原本》的不解之緣

李善蘭翻譯的第一本書,是與著名漢學家偉烈亞力合作翻譯的世界數學名著《幾何原本》。《幾何原本》原名《原本》,是古希臘著名數學家歐幾米得的傑作,對西方思想有深刻的影響,曾被大哲學家羅素視為“古往今來最偉大的著作之一,是希臘理智最完美的紀念碑之一”,以致有人認為,在西方文明的所有典籍中,只有《聖經》才能夠與《原本》相媲美。

《幾何原本》在明萬曆三十五年(1607)被引入中國,它是由著名科學家徐光啟和意大利傳教士利瑪竇合作翻譯的。但徐光啟和利瑪竇在翻譯前六卷後,因種種原因,後面的九卷一直沒有譯出。 《幾何原本》沒有完整地翻譯過來,這對中國學術界是件很遺憾的事。

李善蘭與《幾何原本》可以說有著不解之緣。他十五歲就開始研讀《幾何原本》前六卷,“通其義”,“時有心得”。 《幾何原理》對李善蘭的影響是如此之深,以致他深為徐光啟、利瑪竇未盡譯全書而遺憾。恰好,李善蘭在墨海書館的合作者偉烈亞力也是個對《幾何原本》很感興趣的學者,到中國後,他一直有意要續譯《幾何原本》,並特意從英國買來了從拉丁文譯成英文的15卷本《幾何原本》。但由於偉烈亞力在數學方面的造詣並不十分的精深,對翻譯並無十分的把握,他需要一位精通數學、熟悉《幾何原本》的中國學者來合作,而李善蘭正是這樣一個最為合適的人選。於是,兩人一拍即合,李善蘭來到墨海書館後不久,咸豐二年(1852)的六月上旬,兩人開始了續譯《幾何原本》的工作。

李善蘭與偉烈亞力合譯的方式是當時流行的一人口譯一人筆述。由於英文舊版“校勘未精,語訛字誤,毫釐千里,所失非輕”,同時“各國語言文字不同,傳錄譯述,既難免差錯”,因而李善蘭翻譯的過程,實際上是一次對底本的整理和加工,更值得注意的是他在《幾何原本》原著上所加的“按語”。在“按語”中,他對《幾何原本》作了一些補充、闡述和發揮,這些“按語”。

據學者統計,共有近二十條。譯完之後,李善蘭又請他的摯友著名數學家顧觀光、張文虎任校復,細細核較,這樣,直到1858年才在墨海書館木刻印行。經過整整250年,《幾何原本》才算有了第一個完整的中譯本。然後好事多磨。續譯《幾何原本》初刊之時,太平軍與清軍在蘇滬激戰正酣,續譯《幾何原本》沒刊刻多少,雕版就毀於兵火,存世者極少。

幾年之後,李善蘭在金陵面見兩江總督曾國藩,極言此書學術價值,謂“此算學家不可少之書,失今不刻,行復絕矣”。曾國藩於1865年取徐光啟、利瑪竇合譯的《幾何原本》前6卷與李善蘭、偉烈亞力合譯的後9卷併為一書,重校付梓。這就是我國的第一部 《幾何原本》的足本。《幾何原本》全譯本以一種非常簡潔的演繹方法,道出了自然的和諧和合理的法則之所以然,給中國學術界帶來一種全新的理念和方法。

數學才能走向成熟

李善蘭在《方圓闡幽》一卷(1851年刻)中獨創“尖錐術”,運用我國傳統數學中垛積術和極限方法首創了尖錐概念。它是一種處理代數問題的幾何模型。李善蘭創立了一種求錐狀平面形面積和錐狀立體形體積的方法。這是一個頗為整齊的公式。在數學史上這一公式佔有顯赫的地位,是我國求圓周率計算史上新時期的代表之一。

李善蘭的尖錐術理論與西方的定積分理論雖然還有距離,但畢竟它是在中國產生出來的積分法,此外,李善蘭還在此基礎上創立了一些級數展開式或積分公式雛形,都具有解析幾何思想和微積分思想,這在近代西方數學還未傳入我國時,確實是相當可貴的數學成就。退一步來說,李善蘭的尖錐術表明,即使沒有後來的微積分傳入我國,我國也會運用獨特的數學思想,通過自己特殊的途徑而獨立地達到中國式的微積分,從而完成由初等數學到高等數學的轉變。

垛積是堆垛求和的意思,屬代數中高階等差數列求和問題。李善蘭把北宋沈括首創的隙積術,宋元朱世傑的“垛積招差術”發揚光大,獨樹一幟,自成體系,形成了我國一個特有的垛積理論——《垛積比類》四卷(1864年),這是我國在討論高階等差級列求和方面的一本最優秀的著作,是融匯中西數學學術思想的體現之一。除對我國古代垛積術進行了系統的整理與進一步討論外,主要提出了馳名中外的“李善蘭恆等式”的組合公式。

李善兰|历史教科书上的中国数学家

有趣的是,李善蘭恆等式是總結歸納出來的,但沒有證明。國外多稱它為“李壬叔恆等式”。20世紀30年代以來,不斷引起數學界的廣泛興趣。我國數學家章用(1911年~1936年)研究並對原公式改寫後引起了中外學者注意並進行補證。如1954年匈牙利數學家圖蘭·馬爾和我國數學家華羅庚都各自給出兩個證明。 20世紀80年代仍有人在繼續進行研究,如法國人還用現代數學方法證明了這個恆等式。此外,還有以李善蘭名字命名的“李善蘭數”、“李氏多項式三角形”等。這種以中國人名字命名的定理、公式在當時的數學史上是少有的。

盛名享譽中外

李善蘭在我國數學史上佔有特殊的地位,其重要性在於,他處於我國傳統數學的結尾時期,以其傳播西方科學文化的熱情,為我國傳統數學融入、統一於世界數學之中作出了突出的貢獻。

1868年,李善蘭走馬上任北京同文館“天文算學館”(相當於今大學數學系)總教習(相當於今天的教授)。因此,他是我國第一位數學教授。他一生自學、教書、著作、翻譯,晚年又教書,直到臨終。他所教的學生,不少成為名家學者。

李善蘭重視古算實際應用的傳統,曾用相似勾股形對應邊成比例的原理,測算過東山的高度。又如他研究天文學,非常重視實地觀察天象與實地測量,他的經學老師陳奐在 《師友淵源記》中說他:“孰刁九數之術,常立表線,用長短式節候以測日景,便易稽考。 ”餘杼木在《白盦詩話》中說他:“夜嘗露坐山頂,以測象緯躔次。 ”李善蘭生命不息,科研不止。如1874年在京中風後,行動很不方便,“憚於行遠,咫尺之遙,須人扶掖”。病稍好一點,便又開始進行教學與研究工作,又著了《級數勾股》二卷,直到1882年病故才停止工作。

精通詩詞,文采俱佳

李善蘭並不是我們想象中的一個刻板的科學家,他是一個很有趣的人,渾身上下散發著那個時代的味道。咸豐四年(1854年)秋,李善蘭與傳教士艾約瑟相約共遊西湖。當時杭州從未見過外國人在大庭廣眾中游覽,引起了轟動。縣令大為緊張,立即把艾約瑟逐回上海,把李善蘭發回海寧。李善蘭寫了首詩歌呈給海寧州守,詩曰:“遊山不合約波臣,奉遣還鄉判牘新。刺史風流公案李善蘭曾雲: “十三學吟詩。 ”青少年時代寫詩二百餘首,譯著之餘也常作詩抒發感情,表達愛國憂民以及強烈的愛國主義思想。他的詩文也頗具特色,如15歲時曾寫出:

膝下依依十五秋,

光陰瞬息去難留,

嗟餘馬齒徒加長,

爆竹驚心歲已固。

以及

數聲爆竹歲朝天,

漸愧平與會講年。

一歲功程今日始,

急須早著祖生鞭。

的佳句。他關心勞動人民的辛苦,年輕時寫的《夏日田園雜光》和《田家》等詩篇,如

提筐去採陌頭桑,

閉戶看蠶日夜忙,

得到絲成空費力,

一身仍是布衣裳。

我們再錄他的二首五言詩

《題張蒼水先生畫像》

(一)

一木撐天墜,支吾十九年。

衣冠留勝國,瞻拜仰前賢。

衰祚終難振,丹心豈易傳。

忠魂疑不死,鬚髮上森然。

(二)

南屏遺木在,碧血至今殷。

抔土封超直,峨碑勒謝山。

骨爭湖水潔,魂其暮雲還。

風雨猿啼哭,行人淚欲潸。

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