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研究生: 何嘉祥
論文名稱: 清代算學家項名達及其數學研究
指導教授: 洪萬生
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 數學系
Department of Mathematics
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 322
中文關鍵詞: 項名達遞加數遞加圖割圓連比例割圓術開方術
論文種類: 學術論文
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  • 清朝中葉的閉關自守(西元1723年),到鴉片戰爭 (西元1840年) 爆發後,這段期間幾乎沒有新的西方數學知識傳入,但是《數理精蘊》的刊行,反而有系統的介紹明末以來傳入的西方數學知識,加上傳統中算的復興,使得當時的算學家能夠融合中西算學而取得優異的成果。本文的主角項名達,即為在這樣的學術環境下,進行中西會通工作的一個代表人物。

    清代的疇人面對中西方不同的數學知識與研究課題,產生不同的學術傾向(中法與西法)。項名達(1789~1850)是當時名重一時的數學家,歷經了中西算學相互較勁的階段,他在當代的學術氛圍中一向被視為西學的代表,由他與中法派羅士琳的對話,正意味著傳統中算已漸漸淡出歷史的舞台。同時,項名達在割圓術、勾股術、三角術、開方術的成就,也反映著當時算學的關懷主題。

    本文會探討項名達的著作《象數一原》、《勾股六術》、《三角和較術》、《開諸乘方捷術》,其中《象數一原》是項名達的代表作,承接了明安圖與董祐誠在割圓術的成就-杜氏九術和董氏四術。《象數一原》著重「象」「數」的對應關係,其中的「象」,指的是一系列相似的等腰三角形,「數」指的是遞加數,遞加數起源於中國傳統的賈憲三角形,最後卻演變成有理指數冪的二項式定理係數表。項名達製造出來的「象」與「數」,始終取得一個完美的對應,他利用此得到兩個公式,揭示了杜氏九術與董氏四術的立法之原。而《象數一原》中所介紹的橢圓求周術,更是一項了不起的成就,它與《開諸乘方捷術》皆應用到遞加數。概括的說,項名達的算學主軸,環繞在冪級數展開式與遞加數。

    項名達身處在傳統中算邁向西學的過渡時期,其算學著作與學術傾向,可以窺見當時的學術風氣與數學的發展歷程,同時《象數一原》中豐富的辯證思想,也提供了探究清代算學家的學術思想上,一個極佳的研究對象。

    第1章 緒論 ………………………………………………………………1 1.1 研究動機 ……………………………………………………………1 1.2 研究回顧 ……………………………………………………………3 1.3 研究取向 ……………………………………………………………7 第2章 項名達的生平和當時的學術環境…………………………………9 2.1 明末清初西學的傳入…………………………………………………9 2.1.1 中算的沒落…………………………………………………………9 2.1.2 改革曆法的需要……………………………………………………12 2.1.3 耶穌會傳教士的影響………………………………………………14 2.2 康熙帝對數學的影響…………………………………………………16 2.2.1 曆法之爭……………………………………………………………16 2.2.2 康熙的數學學習……………………………………………………17 2.3《數理精蘊》的內容和影響……………………………………………20 2.4 中算的復興……………………………………………………………27 2.4.1 中西會通的思想……………………………………………………27 2.4.2 西學中源說…………………………………………………………29 2.4.3 古代算書的整理和乾嘉學派………………………………………31 2.5 明安圖對割圓術的貢獻………………………………………………35 2.6 董祐誠對割圓術的貢獻………………………………………………48 2.7 平面三角和球面三角的輸入…………………………………………59 2.7.1 平面三角……………………………………………………………59 2.7.2 球面三角……………………………………………………………60 2.8 項名達的生平、家族和學術思想……………………………………63 2.9 項名達的交游與當代學術風氣………………………………………68 第3章 《象數一原》內容分析(上) ………………………………………72 3.1《象數一原》卷一:整分起度弦矢率論………………………………73 3.2《象數一原》卷二:半分起度弦矢率論………………………………92 3.3《象數一原》卷三:零分起度弦矢率論………………………………108 3.4《象數一原》卷四:零分起度弦矢率論………………………………132 3.5 割圓術中之連比例遞歸模型和遞加圖………………………………143 3.5.1 連比例遞歸模型的起源……………………………………………143 3.5.2 遞加圖的起源………………………………………………………144 第4章《象數一原》內容分析(下)和《下學盦算術三種》………………147 4.1《象數一原》卷五:諸術通詮…………………………………………147 4.1.1新立求弦矢四術……………………………………………………148 4.1.2 論董氏四術…………………………………………………………151 4.1.3 論杜氏九術…………………………………………………………152 4.2《象數一原》卷六:諸術明變…………………………………………159 4.2.1 弦矢求八綫術………………………………………………………160 4.2.2 圜周求徑……………………………………………………………164 4.2.3 開諸乘方捷術………………………………………………………166 4.2.4 算律管新術…………………………………………………………176 4.2.5 橢圜求周術…………………………………………………………183 4.3《象數一原》卷七:橢圜求周圖解……………………………………183 4.4《下學盦算術三種》之《勾股六術》…………………………………212 4.5《下學盦算術三種》之《三角和較術》………………………………229 4.5.1《平三角和較術》內容分析…………………………………………229 4.5.2《弧三角和較術》內容分析…………………………………………247 4.6《下學盦算術三種》之《開諸乘方捷術》……………………………257 第5章 結論……………………………………………………………………262 5.1西學與傳統中算對項名達作品的影響…………………………………262 5.2 項名達著作的架構與特色……………………………………………264 5.3《象數一原》的數字研究進路…………………………………………274 5.3.1遞迴關係式與係數推求的關聯………………………………………275 5.3.2 「遞加數」與係數推求的關聯………………………………………277 5.3.3「遞加數」與「卡塔蘭數」的關聯………………………………………282 5.4 小結……………………………………………………………………286 附錄……………………………………………………………………………289 附錄1 項名達族譜…………………………………………………………289 附錄2《疇人傳三編》〈項名達〉…………………………………………293 附錄3 戴煦〈《象術一原》跋〉…………………………………………296 附錄4 項名達給戴煦的一封信……………………………………………297 附錄5 華蘅芳〈《象術一原》跋〉………………………………………298 附錄6 項名達〈橢圜術〉…………………………………………………299 附錄7 開方作法本源圖……………………………………………………304 附錄8 古法七乘方圖………………………………………………………305 附錄9 梅文鼎《少廣拾遺》中的「開十二乘方圖」………………………306 附錄10《割圜連比例術圖解》卷中之「三角堆圖」………………………307 附錄11《象數一原》之「遞加圖」…………………………………………308 附錄12《象數一原》卷二之「開方式」……………………………………312 附錄13《象數一原》卷二之「除法式」……………………………………313 附錄14 「易率法」第一個步驟「用率」……………………………………315 附錄15 「易率法」第二個步驟「定率」……………………………………316 附錄16 《象數一原》之加減差表………………………………………317 附錄17 《開諸乘方捷術》之開方表……………………………………320 附錄18 《勾股舉隅》與《勾股圖解》勾股定理之圖解………………321 附錄19 梅文鼎《少廣拾遺》之開方求廉率作法本原圖………………322

    一、史料
    〈清.項名達傳包〉,編號701005076,收藏在台北:故宮博物院圖書館。
    〈清.項名達傳包〉,編號701004330,收藏在台北:故宮博物院圖書館。
    〈清.項名達傳包〉,編號701004423,收藏在台北:故宮博物院圖書館。
    清.諸可寶,〈項名達〉,《疇人傳三編》卷三,收入阮元等《疇人傳彙編》下(台北:世界書局印行,1962年),頁768~770。
    清.趙爾巽等編篡,〈項名達〉,《清史稿》〈列傳二百九十四.疇人二〉(台北:洪氏出版,1981年),頁13988。
    徐世昌,〈項名達〉,《清儒學案小傳》卷十五,收入周駿富編《清代傳記叢刊》第七冊(台北:明文書局印行,1985年),頁007-098。
    清.國史館原編,〈項名達〉,《清史列傳》卷七十三(台灣:中華書局印行,1962年),頁33~34。
    閔爾昌,〈項名達〉,《碑傳集補》卷四十二(疇人)(台北:文海書局,1973年),頁2287~2293。
    顧廷龍,《清代硃卷集成》275冊,頁335。
    清.《數理精蘊》,收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》數學卷第三分冊(鄭州:河南教育出版社,1993年)。
    汪萊,《衡齋算學》,收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》數學卷第四分冊(鄭州:河南教育出版社,1993年)。
    董祐誠,《董方立遺書》,收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》數學卷第五分冊(鄭州:河南教育出版社,1993年)。
    項名達,〈橢圜術〉,收入清.楊尚文編,《連筠簃叢書》第4662冊。
    明安圖,《割圓密率捷法》,《續修四庫全書》子部,天文算法類。
    梅文鼎,《少廣拾遺》,收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》數學卷第四分冊(鄭州:河南教育出版社,1993年)。
    李銳,《勾股算術細草》,收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》數學卷第五分冊(鄭州:河南教育出版社,1993年)。
    項名達,《象數一原》,收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》數學卷第五分冊(鄭州:河南教育出版社,1993年)。
    項名達,《下學盦算術三種》,收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》數學卷第五分冊(鄭州:河南教育出版社,1993年)。
    項名達,〈對數簡法序〉,收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》數學卷第五分冊(鄭州:河南教育出版社,1993年)。
    項名達,〈續對數簡法序〉,收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》數學卷第五分冊(鄭州:河南教育出版社,1993年)。
    戴煦,〈續對數簡法自序〉,收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》數學卷第五分冊(鄭州:河南教育出版社,1993年)。
    閔爾昌,〈羅士琳〉,《碑傳集補》卷四十二,頁2298。
    閔爾昌,〈戴煦〉,《碑傳集補》卷四十二,頁2308。
    夏鸞翔,〈外切密率序〉,收入《續修四庫全書》子部,天文算法類。

    近人著作
    李儼,〈明清算家的割圓術研究〉,收入杜石然主編,《李儼、錢寶琮科學史全集》第七卷(瀋陽:遼寧教育出版社,1998年)。
    李儼,〈三角術和三角函數表的東來〉,收入杜石然主編,《李儼、錢寶琮科學史全集》第七卷(瀋陽:遼寧教育出版社,1998年)。
    李儼,〈三角函數展開式的研究〉,收入杜石然主編,《李儼、錢寶琮科學史全集》第五卷(瀋陽:遼寧教育出版社,1998年)。
    李儼,〈中算家的圓錐曲線說〉,收入杜石然主編,《李儼、錢寶琮科學史全集》第七卷(瀋陽:遼寧教育出版社,1998年)。
    何紹庚,〈項名達對二項展開式研究的貢獻〉,《自然科學史研究》第1卷第2期(1982年),頁104~114。
    徐傳胜,〈中國傳統數學思想對冪級數理論的研究〉,《西安電子科技大學學報》社會科學版第16卷第2期(2006年3月)。
    特古斯,〈試論清代割圓連比例方法〉,《自然科學史研究》第15卷第4期(1996年)。
    特古斯,〈晚清算家對遞加數性質的認識〉,《內蒙古師大學報》自然科學漢文版1997年第2期,頁62~67。
    特古斯,〈清代中算家的遞加數〉,《自然科學史研究》第14卷第4期(1995年),頁337~348。
    牛亞華,〈項名達的橢圓求周術研究〉,《內蒙古師大學報》自然科學版1990年第3期,頁53~61。
    王榮彬、郭世榮,〈戴煦、項名達、夏鸞翔對迭代法的研究〉,《自然科學史研究》第11卷第3期(1992年),頁209~216。
    王輝、特古斯,〈關於割圓連比例解的項氏定理探析〉,《純粹數學與應用數學》第16卷第2期(2000年6月)。
    特古斯、郭世榮,〈晚清割圓術的飽和傾向〉,《自然科學史研究》第17卷第4期(1998年)。
    甘向陽,〈項名達遞加圖與牛頓二項式定理〉,《湘潭師範學院學報》第12卷第3期(1991年6月),頁1~7。
    柴慧琤,〈項名達的數學思想述評〉,《自然科學史研究》第11卷第2期(1992年),頁120~126。

    特古斯,〈項名達構造遞加數的方法分析〉,收入《數學史研究文集》第3輯(1992年7月),頁83~89。
    洪萬生,《中國 的一頁滄桑》(台北:自然科學文化事業公司,1981年)。
    郭世榮,〈羅士琳《三角和較算例》簡介〉,收入《中國數學史論文集》。
    李兆華,〈董祐誠的垛積術與割圓術述評〉,收入《中國數學史論文集》。
    李兆華,〈戴煦關於二項式和對數展開式的研究〉,收入《中國數學史論文集》,頁98~108。
    羅見今,〈論明安圖級數反演中的計數結構〉,《內蒙古師大學報》自然科學版1992年第3期,頁91~101。
    李兆華,《中國數學史》(台北:文津出版社,1994年)。
    韓琦,《康熙時代傳入的西方數學及其對中國數學的影響》(北京:中國科學院自然科學史研究所博士論文,1991年)。
    李迪,《中國數學通史》明清卷(南京:江蘇教育出版社,2004年)。
    田淼,《中國數學的西化歷程》(山東教育出版社,2005年10月)。
    吳文俊,《中國數學史大系》第八卷(北京:北京師範大學出版社,1999年)。
    洪萬生,《談天三友》(台北:明文書局,1993年)。
    李繼閔,《九章算術及劉徽注研究》(九章出版社,1992年)。
    洪萬生,〈初探劉徽的窮盡法〉,收入《數學史論文集(l)》。
    洪萬生,〈《書目答問》的一個數學社會史考察〉,收入《數學史論文集(Ⅱ)》。
    郭書春、劉鈍,《算經十書》(九章出版社,2001年4月)。
    李儼、杜石然,《中國古代數學簡史》(台北:九章出版社,1992年)。
    洪萬生,《此零非比0》(台灣商務印書館,2006年7月)。
    陳啟文,《清代算學家戴煦及其算學研究》(國立台灣師範大學數學系教學碩士班碩士論文,2002年)。
    阮錫琦,《清代算學家徐有壬及其算學研究》(國立台灣師範大學數學系教學碩士班碩士論文,2001年)。
    韓琦,〈《數理精蘊》提要〉,收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》數學卷第三分冊(鄭州,河南教育出版社,1993年)。
    劉鈍,〈《勾股算術細草》提要〉,收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》第五冊(鄭州:河南教育出版社,1993年)。
    洪萬生,《孔子與數學》(台北:明文出版社,1999)。
    陳鳳珠,《清代算學家駱騰鳳及其算學研究》(國立台灣師範大學數學系碩士論文,2000年)。
    何绍庚,〈清代無窮級數研究中的一個關鍵問題〉,《自然科學史研究》第8卷第3期(1989年7月),頁205~214。
    陳彥宏,《清代算學家安清翹之《矩線原本》內容分析》(國立台灣師範大學數學系碩士論文,2002年)。

    何紹庚,〈象數一原提要〉,收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》數學卷第五冊(鄭州:河南教育出版社,1993年),頁5-469~5-472。
    張佳平,〈清詞人項廷紀家世、生平、著述考〉,南洋師範學院學報(社會科學版)第5卷第1期(2006年1月)。
    羅見今,〈明安圖公式辨正〉,內蒙古師大學報(自然科學版) 1988年第1期,頁42~48。
    李兆華,〈戴煦關於對數研究的貢獻〉,《自然科學史研究》第4卷第4期(1985年),頁353~362。
    韓琦,〈《數理精蘊》對數造表法與戴煦的二項展開式研究〉,《自然科學史研究》第11卷第2期。
    羅見今,〈明安圖計算無窮級數的方法分析〉,《自然科學史研究》第9卷第3期(1990年),頁197~207。
    韓琦,〈《務民義齋》算學提要〉,收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》第五冊(鄭州:河南教育出版社,1993年)。
    王鍻熙,《清代算學家梅啟照及其算學研究》(國立台灣師範大學數學系教學碩士班碩士論文,2002年)。
    郭慶章,《羅士琳及其算學研究》(國立台灣師範大學數學系教學碩士班碩士論文,2005年)。
    黃清揚,《中國1368-1806年間的勾股術發展之研究》(國立台灣師範大學數學系碩士論文,2001年)。

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