摘 要:通過“古歷會(huì)積”的注釋,不僅揭示了推算“上元積年”的兩種方法,再現(xiàn)了一次不定方程組的祖沖之算法,而且明確了“大衍求一術(shù)”、“大衍總數(shù)術(shù)”的原意,糾正了對(duì)“古歷會(huì)積”的若干誤解。更有科學(xué)價(jià)值的是,我們找出日月五星(七曜)會(huì)合周期的最佳公倍數(shù)是806510日,“太初上元”被確認(rèn)為公元前248年冬至?xí)r。
關(guān)鍵詞:歷法 數(shù)論 大衍法 不定方程組
中圖分類號(hào):P194.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(b)-0247-02
“上元”是歷法授時(shí)的基準(zhǔn),又稱為“歷元”?!肮湃擞跉v元之外,還要求日月合璧、五星聯(lián)珠,定為上元;于是還要推算七政的周期,使它同時(shí)發(fā)生于歷元,作為出發(fā)的始點(diǎn),起算的開端。后來治歷的人,都沉溺在上元積年的推算,埋頭于各種周期的測(cè)驗(yàn);所以一部中國(guó)歷法史,實(shí)際上可以說是上元的演算史。”[1]28
1 選定上元為歷法的基準(zhǔn)
若設(shè)古歷的上元至淳祐丙午11月初5冬至(公元1246年12月14日19時(shí)26分[6]610)歷過年數(shù)為x,則稱x為上元積年數(shù)(一會(huì)積年)。又設(shè)古歷的上元至淳祐丙午11月初9日子時(shí)歷過日數(shù)為N(稱為上元積日數(shù))。用現(xiàn)代數(shù)學(xué)符號(hào)“”或“”表示“是T的整數(shù)倍”(這是本文溝通古今的橋梁)。則題設(shè)(氣)、(朔)、(紀(jì))日滿足方程組:
(1)
其中N、x、y、z都是未知的正整數(shù)。
也就是 (2)
這樣“古歷會(huì)積”問題就轉(zhuǎn)化為求不定方程組(1)或(2)的解,也就是如何求上元積年數(shù)x?
2 適當(dāng)選取新的時(shí)間單位(日法),將題設(shè)條件全變?yōu)檎麛?shù)
秦氏取通數(shù)1日=(日法),則
年(氣分),
月(朔分),
甲子(紀(jì)分),
剩余
這樣(2)就是
(3)
3 用“大衍總數(shù)術(shù)”將元數(shù)組(4)變成兩兩既約的定數(shù)組
顯然(4)式同解于
(4’)
秦九韶用“大衍總數(shù)術(shù)兩兩連環(huán)求等,約奇弗約偶”[2]2將(4)式直接化為
(5)
其中=487(氣定)、=19(朔定)、=225600(紀(jì)定)是兩兩既約的。因此(4)式同解于(5)式的充要條件(這是“總數(shù)術(shù)”不明確之處)是:剩余
(6)
4 應(yīng)用孫子定理即得方程組(5)的通解
,(t為整數(shù)),其中衍母 日(一會(huì)積日)年(一會(huì)積年)衍數(shù)G0=M/m0(氣奇),G1=M/m1 (朔奇),G2=M/m2(紀(jì)奇);
“用大衍求一,各得乘率”[2]15:氣乘率x0=473(見表2),朔乘率x1=5,紀(jì)乘率x2=172717。故通解:
=2027467200(氣泛)+549336000(朔泛)
+1598150401(紀(jì)泛)
因?yàn)橛校€可以將通解改記為 (日) (7)
5 將剩余代入(7)式確定上元積年數(shù)
秦九韶是在這最后一步計(jì)算出錯(cuò),他忽視了剩余必須滿足條件(6)。下面先改用“治歷演紀(jì)”中的演紀(jì)法(消元法)來解“古歷會(huì)積”問題,好和上面的“公式法”比較。
6 用演紀(jì)法解“古歷會(huì)積” 問題
由(1)式中的兩個(gè)不定方程:
直接來求上元積年數(shù)x。算法如下:
將(8)式即的一次項(xiàng)系數(shù)先化為整數(shù):,約去一次項(xiàng)系數(shù)的等數(shù)1461,化為 (8’)
上式當(dāng)且僅當(dāng)為整數(shù)時(shí)有整數(shù)解,可改記為。
用大衍求一得乘率11,據(jù)性質(zhì)2有 立刻求得(8’)的通解:x=11R+19t,y=136R+235t(t∈Z) (8’’)
再將(8’’)代入(9)式消去變?cè)獂:, 將一次項(xiàng)系數(shù)化為整數(shù):。上式當(dāng)且僅當(dāng)為整數(shù)時(shí)才有整數(shù)解,可改記為:
用大衍求一得乘率77,據(jù)性質(zhì)2有
立刻解得(k∈Z) (9’)
將(9’)代入(8’’)得方程組(8)(9)的通解:
, (10)
若令,k=1代入得的最小公倍數(shù):1520(一會(huì)積年)。
題設(shè),,,代入, ,若取,代入(10)式得 ,故歷過年數(shù)為1485(上元積年)。歷過日數(shù) 。故應(yīng)該取剩余, ,。它們滿足條件(6),代入(7)式亦得N=542400。代入(1)式可以驗(yàn)證:
(會(huì)元)
可見“公式法”與“演紀(jì)法”(消元法)都是正確的,但消元法比公式法簡(jiǎn)單得多。
7 從“日月合璧、五星聯(lián)珠”找出會(huì)元數(shù)為806510日
計(jì)算“上元積年”的目的是找出上元。但是從1246-1485=-239并不能確定公元前239或240年歲首就是上元。由于年月的精度和日法、剩余的選擇不同,對(duì)計(jì)算結(jié)果影響極大,我們改從“七曜同宮”入手。天文觀測(cè)知道,1962(壬寅)年2月5(甲戌)日(春節(jié),日食)日月五星會(huì)聚寶瓶宮,以此為基準(zhǔn),即取。又1961(辛丑)年十一月十五(己丑)日10時(shí)20分冬至,即。對(duì)(1)式進(jìn)行大量捜索計(jì)算,得到治歷者追求了兩千多年才被我們找到的七曜會(huì)合周期的最佳公倍數(shù)是806510日(會(huì)元)以及(1)式的解:
(七曜會(huì)聚周期)
其中,年;月。且有五星會(huì)合周期:木星;火星 ;土星;金星;水星。
因2208-1961=247,據(jù)此推定公元前247年(秦始皇肇位前1年)前12月16(甲申)日晨初朔旦為太初上元。
參考文獻(xiàn)
[1]陳遵嫣.中國(guó)古代天文學(xué)史[M].1955.
[2]秦九韶.數(shù)書九章(一至五冊(cè))[M].1985.
[3]李迪.通過《數(shù)書九章》探討“綴術(shù)”[C].《中國(guó)數(shù)學(xué)史論文集》(4)(吳文俊主編),1996.