賈憲三角比帕斯卡三角要早600年!

賈憲,北宋人,他大約在1050年左右完成了《黃帝九章算經細草》一書,原書已遺失,但其中一個很重要的內容,關于求解“二項式展開系數表”的“賈憲三角”被楊輝抄錄在他的《詳解九章算法》著作中,因而這個知識才能流傳下來。曾有人把它稱為“楊輝三角”,但是楊輝在他的書中已經很明確地說明了此圖是“出釋鎖算書,賈憲用此術”,所以人們才改稱它為“賈憲三角”了。      

           

根據楊輝的摘錄,賈憲的高次開方法是以一張稱為“開方作法本源”的圖為基礎,現被稱作“賈憲三角”。

賈憲的“開方作法本源圖”見右圖采自《永樂大典》,它是什么意思呢?它實際上是一張二項系數表,即(x+a)n(n =0,1,2,…,n)展開的各項系數。賈憲將左右斜線上的數字1分別稱為“積數”和“隅算”,將這兩行斜線數字中藏的數字稱為“廉”,開幾次方,就用相應行的廉;第三行為“二”是開平方的廉,第四行是開三次方的廉,第五行是開四次方的廉,等!胺e”、“隅”、“廉”都是沿用中國古代開方術語。

      

為了理解賈憲的增乘開方法,我們首先來看一看他是怎樣獲得“開方作法本源”圖中的各廉數的。他在“增乘方求廉法草”中給出的求賈憲三角第七行各數的方法相當于如下程序:
1 1+5 = 6 第一位(上廉)
1 1+4 = 5 5+10 = 15 第二位(二廉)
1 1+3 = 4 4+6 = 10 10+10 = 20 第三位(三廉)
1 1+2 = 3 3+3 = 6 6+4 = 10 10+5 = 15 第四位(四廉)
1 1+1 = 2 2+1 = 3 3+1 = 4 4+1 = 5 5+1 = 6 第五位(下廉)
1 1 1 1 1 1 隅算     

就是說將隅算1自下而上增入前位,直到首位為止,就得第一位數字(上廉);求其他各位數字,自下而上重復剛才的程序,每次低一位為止。這是一種隨乘隨加的過程,所以叫“增乘法”。賈憲發(fā)現,這種增乘法不僅可以用來求“開方作法本源”圖中的各廉,而且可以被推廣用來直接開方,這就是增乘開方法。

賈憲不僅給出了這個圖,還給出了這個圖的簡捷制作規(guī)律。從第三行((即2次冪)開始,兩端最邊上的數字都是1,而中間的任何一個數字都是這個數在上一行相鄰兩數的和。以第6行為例,所有中間的數字都可以如此求得,請看上面的示意圖: 用這樣的方法可以求出任意次冪的系數,直至無窮大。 

在賈憲之前,只能開平方與開立方,自從賈憲發(fā)明此表與“增乘開方法”后,就首次開辟了求解高次方程的真正通途。

在賈憲之后,我國數學家又進一步探索了系數中有負整數的方程解法,最終由南宋秦九韶發(fā)明的“正負開方法”徹底解決了這個問題,除了楊輝的書有這個賈憲三角形,另外一本元朝朱世杰1303年寫的《四元玉鑒》,書中也有這個賈憲三角的圖,并且計算到了二項式的八次方。

  西方人把這種二項式展開系數的規(guī)律表稱之為“帕斯卡三角形”。比英國數學家霍納1819年求得這一解法(西方稱為“霍納法”)要早五百多年。因此這個三角形應當是叫“賈憲三角”是當之無愧的。

1050年 賈憲 《黃帝九章算法細草》
1261年 楊輝 幸而楊輝在《詳解九章算法》中記載了賈憲三角。
1299年 朱世杰 在《四元玉鑒》探討了級數求和公式。
1427年 阿拉伯的阿爾.卡西 在他的《算術之鑰》中已經給出了這樣的表。
1527年 德國的阿皮納斯 也提出了這種表。
1544年 德國的施蒂費爾  《綜合算術》二項式展開式系數
1545年 法國的薛貝爾   
1654年 法國數學家帕斯卡 在他出版的著作中給出了一個近似的三角形表。

 

從上表我們可以看到歷史上,有許多人曾經研究過二項式展開系數,并且也都用表來表示系數的規(guī)律。1427年和1527年都有人使用過這個表,但是賈憲是第一個用三角圖形來表示系數的規(guī)律,其他人的成果比賈憲晚了近400到500多年,他們的結果比楊輝和朱世杰都還要晚。