新家峁主学堂的算术教室内炭火正旺。四十多个高年级学生哈着白气,听刘先生讲解《九章算术》中的“粟米”篇。窗外飘着细雪,室内却因一道题而气氛灼热。
“今有物不知其数,三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二,问物几何?”
刘先生在黑板上写下这道流传千年的题目,转身道,“此题出自《孙子算经》,考究的是数之整除与余数的奥妙。尔等可试解之,不必强求。”
教室内顿时响起窃窃私语。学生们或皱眉苦思,或掰指计算,更有几人已开始在草纸上写写画画。
这是大考前的最后一堂算术课,刘先生出此题本意是开阔眼界,让学生们知道算术之道深如海。
半炷香过去,无人举手。
坐在最后一排靠窗位置的陈数,此刻却盯着那道题,眼睛越来越亮。这个十三岁的瘦弱少年,穿着洗得发白的棉袄,手指因常年做活而粗糙,但此刻握着炭笔的手指却在微微颤抖——不是紧张,是兴奋。
他脑海中,数字如活物般跳跃。三余二、五余三、七余二……这些条件在他心中自动排列组合。忽然,他想起了前日方以智先生在格物讲座中提到的“设未知数之法”。
“先生,”一个微弱但清晰的声音打破了沉寂,“学生想试试。”
全班目光齐刷刷投向最后一排。刘先生推了推眼镜,认出是那个平日沉默寡言的陈数——这孩子算术确实不错,但这道题……
“陈数,你且说来。”
陈数起身,走到黑板前。他个子矮,踮脚才够到黑板下半部分。拿起粉笔(这是新家峁工坊的新产品,比炭笔好用),他写下:
“设此数为n。则有:
n = 3a + 2
n = 5b + 3
n = 7c + 2”
字迹工整,逻辑清晰。刘先生眼睛瞪大了——这种表示法,他只在方先生那里见过!
“由第一式和第三式,3a = 7c,故a = 7k,c = 3k,k为整数。”陈数继续写,粉笔在黑板上发出清脆的嗒嗒声,“代入得:n = 21k + 2。”
他顿了顿,转头看向刘先生:“再由第二式:21k + 2 = 5b + 3,即21k - 1 = 5b。求k使21k - 1能被5整除。”
这一刻,全班鸦雀无声。窗外的雪似乎也停了,唯闻炭火噼啪。
陈数闭上眼睛,嘴唇微动。三息后,他睁眼:“k = 1时,21 - 1 = 20,可被5整除。故k最小为1,n = 23。”
他转身,在黑板上验算:
“23 ÷ 3 = 7……余2
23 ÷ 5 = 4……余3
23 ÷ 7 = 3……余2”
粉笔放下,他腼腆一笑:“若问所有可能解,因3、5、7最小公倍数为105,故通解为n = 23 + 105,为自然数。”
刘先生手中的《九章算术》啪嗒掉在地上。他张着嘴,半晌才喃喃:“你……你这解法……”
“学生瞎想的。”陈数低头,“觉得《孙子算经》里的‘大衍求一术’太繁,就用方先生教的设未知数法试了试。”
课堂炸开了锅。
“二十三!真是二十三!”
“他怎么算的?”
“那什么k、的,什么意思?”
刘先生捡起书,深吸一口气:“陈数,你这解法,比经书原法简洁十倍!课后留下,我要详细问你。”
消息如长了翅膀。未到午时,已传到正在格物研究室整理星图的方以智耳中。
方以智赶到学堂时,陈数正被同学们围着问东问西。这瘦小少年红着脸,一遍遍解释:“就是设个字母代替未知数,像方先生教的那样……”
“陈数!”方以智的声音在门口响起。
众人散开。方以智快步走近,顾不上拍打肩上的积雪,径直走到陈数面前:“那题你真解了?用的代数法?”
陈数恭敬行礼:“是。学生僭越,胡乱想的……”
“把过程写给我看!”方以智从怀中取出随身携带的炭笔和纸簿——这是他的习惯,灵感随时记录。
陈数再次写下解题过程。这次更详细,还标注了思路:“先找满足第一、三条件的通式,再代入第二条件求特解……”
方以智看着看着,手开始颤抖。他不是惊讶于解题——这题他自然能解,他震惊的是陈数解题的思维:清晰、简洁、具有一般性。更关键的是,这孩子用的符号代数思想,他才在三个月前的讲座中简单提过!
“你今年十三?”方以智问。
“是。”
“跟谁系统学过算学?”
“父亲原是账房,教过《九章》前几章。来新家峁后,在学堂学的。”
陈数顿了顿,“还有……偷听过您的格物讲座。”
方以智想起,确有几次在学堂公开讲座时,看到窗边有个瘦小身影,原来是他。
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“好,好!”方以智连说两个好字,拉起陈数的手,“随我去见李盟主!”
此时李健正在议事堂与顾炎武、黄宗羲、侯方域商议年节祭祀之事。闻方以智携一少年急见,便知非同小可。
陈数第一次进议事堂,有些局促。但当他看到墙上挂的巨幅地图、桌上摊开的图表、还有那些只在传闻中听过的大学者时,眼中闪过的是好奇而非畏惧。
方以智将事情简要说罢,顾炎武率先开口:“那道‘物不知数’,老夫少时曾钻研月余方得解。这孩子当真当场解出?”
陈数点头,又摇头:“学生取巧了,用了方先生教的西法。”
黄宗羲饶有兴趣:“西法?便是泰西之代数?”
“正是。”方以智将陈数的解题纸递给众人,“诸位请看,此子已得代数精髓:以符号代未知,化文字题为算式,再依算理求解。更难得的是,他自觉运用‘通解’思想——这已是高等算学的门径了。”
侯方域虽不精算学,但通文理:“昔祖冲之算圆周,刘徽注九章,皆少年显慧。此子或可类之?”
李健一直沉默观察。他让陈数走近些,温声问:“除这道题,你还对什么算学问题感兴趣?”
陈数想了想:“学生喜欢琢磨‘为什么’。比如《九章》里的‘方程术’,为什么要那样列式?还有勾股定理,为什么一定是‘勾三股四弦五’?学生自己推过,发现只要是直角,两边平方和就等于斜边平方……”
他越说越兴奋,从怀中掏出一本皱巴巴的笔记——用废纸订成,上面密密麻麻写满算式和图形。
有对《九章》题目的新解法,有自己设计的数学游戏,甚至有几页画着奇怪的曲线,旁边标注:“此线各点距两定点之和恒等,似椭圆?”
方以智接过笔记,翻看数页,倒吸凉气:“这……这是圆锥曲线的性质!你从哪知道的?”
“学生瞎画的。”陈数不好意思,“那天看木工师傅做椭圆桌面,就用绳子钉了两个点,笔画出来的。发现这线很规整,就想着能不能用算式表示……”
李健与四大贤才交换眼神。他们从彼此眼中看到了同样的震撼:这少年展现的,不仅是计算能力,更是数学直觉和探究精神。这是天赋,万中无一的天赋。
“考他一考。”顾炎武提议,“出些难题,看其深浅。”
测试即刻开始。除四大贤才外,杨文远也被请来——他精于算学,新家峁许多工程计算皆出其手。
第一题由杨文远出,贴近实际:“今要建一粮仓,底面为矩形,长八丈宽六丈。仓壁垂直,仓顶为四棱锥形(庑殿顶),锥高两丈。问需瓦多少?若粮堆至仓高七成,可储粮几何?”
这是综合题,涉及体积计算、勾股定理、单位换算。杨文远自己也要算一阵。
陈数要了纸笔,沉吟片刻,开始计算。他先画出示意图,标注尺寸,然后分步解:
“仓体积分两部:下方长方体和上方四棱锥。
长方体体积:8x6x(总高-锥高,但总高未知?)”
他抬头:“先生,总高多少?”
杨文远暗赞:心思缜密,先问清条件。“壁高三丈,加锥高两丈,总高五丈。”
“好。长方体体积:8x6x3=144立方丈。
四棱锥体积:底面积x高÷3。底即仓顶投影,仍是8x6=48方丈,故锥体积=48x2÷3=32立方丈。
总容积=176立方丈。”
“瓦面积算五个面:四个梯形侧面和一个矩形底面。”他快速计算梯形高(用勾股定理求斜高),“侧面斜高=√(12+22)=√5≈2236丈。单个梯形面积=(8+8)x2236÷2≈1789方丈,四个面共7156方丈。底面8x6=48方丈。总瓦面积约11956方丈。”
“储粮部分:粮堆高=5x07=35丈。其中3丈为长方体满储,余05丈为四棱锥部分。锥部分需按比例计算:05丈占锥高2丈的四分之一,但体积是高度比的立方?不对,锥体积与高是三次关系……”他皱眉思考。
杨文远提示:“相似锥体体积比等于对应高之比的立方。”
陈数眼睛一亮:“对!所以05丈高锥体体积=32x(05/2)3=32x00=05立方丈。故储粮体积=144+05=1445立方丈。”
“每立方丈粮约……”他看向杨文远。
“粟米约800斤。”
“则储粮约115,600斤。”
全程不过一刻钟,计算准确,思路清晰。更难得的是,他在计算中自发运用了相似体原理——这已超出寻常算学范畴。
顾炎武捻须点头:“善。不仅会算,更知为何如此算。”
第二题是李健出的,更考验思维:“若敌军在十里外,我火炮初速已知,仰角可调,但风速影响弹道。如何快速估算仰角,使炮弹能击中目标?”
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