15.3.5 时曰醇求定数定理

15.3.5 时曰醇求定数定理

时曰醇,字清甫,世为嘉定(今上海嘉定)人。其生平简述,见本书4.4“三色差分解法”。时曰醇的著作还有《今有术申》一卷及《求一术指》一卷,而《百鸡术衍》二卷为其代表作。

在《求一术指》(1861年)中,时曰醇的具体方法如下:

约分。任从问数中某位约起皆可。兹概从第一位起,约遍;又递用次位为主,与前后诸位遍约。……总之,两数相约不过一彼一此。初求得等,不妨任意约之。既约彼,仍有等,则反约此而乘彼,仍有等,再反约此而乘彼,必得之矣。

该方法中,实际上运行(1)子程序:以两个待约数求出约成数。(2)定向补偿:每步需要定向补偿素因数最高次幂。待约数如在三个以上,则运行(3)主程序:处理两两之间的子程序,使得两两互素。

今以数例演示子程序。

两个待约数,更相减损求出等数。以等数之值选择要约的数,定名为“彼”位。未约的另一个就叫“此”位。

例如,两个待约数A:54=2×33有最高次幂33=27,B:72=23×32有最高次幂23=8。更相减损求出最大公约数18=2×32

用18化约,分成约B:72,约A:54两部分,比较各自的定向补偿素因数最高次幂。

先看18约B的部分,得到约成数“彼”a=54和“此”b=4。

乘积ab=54×4=216=23×33是A=54和B=72的最小公倍数。但a=54和b=4是相应待约数A=54和B=72的因数,54和4并不互素,只能称作准定数。

更有甚者,彼位B=72约去了18=32×2,成了b=4,破坏了素因数的最高次幂23=8。

两约成数a=54=2×33和b=4=22不一定互素。再次更相减损,彼位和此位之间有第二个最大公约数2,叫作续等。定向补偿素因数最高次幂。按法则,指定反约。“既约彼,仍有等,则反约此而乘彼”,此位上的54=2×33化约为27=33,而彼位上的4=22用续等2乘,得到8=23

所丧失的待约数的素因数最高次幂23,就此凭借复乘而补回,得到8=23

于是,约成数27和8,满足素因数最高次幂的要求,满足了定数三条件,成为定数。

现在再看18约A的部分,得到约成数“彼”a=3和“此”b=72。

乘积ab=3×72=216=23×33是A=54和B=72的最小公倍数。但a=3和b=72是相应待约数A=54和B=72的因数,3和72并不互素,只能称作准定数。

更有甚者,彼位a=3约去了18=32×2,破坏了素因数的最高次幂23=8。

两约成数a=3和b=72不一定互素。再次更相减损,彼位和此位之间有第二个最大公约数3,叫作续等。

按法则,指定反约。“既约彼,仍有等,则反定向补偿素因数最高次幂。约此而乘彼”,此位上的72=23×32化约为24,而彼位上的3用续等3乘,得到9=32

所丧失的待约数的素因数最高次幂23,就此凭借复乘而补回,得到8=23

两个待约数54和72,得到约成数27和8,满足素因数最高次幂的要求,从而满足了定数三条件。

处理所有问数间关系的主程序(3)。

上面两个待约数54和72,得到约成数27和8,满足素因数最高次幂的要求,从而满足了定数三条件。如果有三个待约数54,72,75,视作27与75第二组,8与75第三组,用子程序再算。最后,得到三个待约数的约成数,作为定数。

这些操作,用素因数概念来介绍似乎相当啰嗦,其实在筹算板上执行相当简单。下面的方括号仅仅表示处在筹算板上的同一组数据。

下面再举两例。

例如,对问数A:300和B:250,可演算如下。由于先约250,下边数位称为“彼”。

也可以先化约A,由于先约300,上边数位称为“彼”。于是

这里表示用a和b的公因数(a,b)=d去化约a

现在我们以程行计地题为例,其中有三个问数A:300,B:240和C:180。采用素因数分解,A:300=22×3×52,B:240=24×3×5和C:180=22×32×5,可得定数A:25=52,B:16=24和C:9=32。

采用时曰醇的方法,有

筹算板上留下A:25,B:16和C:9,就是求得的约成数。

1985年,在呼和浩特第二次全国数学史年会上,本人用近代数论概念表述和证明了时曰醇的这些话,并建议命名为时曰醇求定数定理[18]

1995年,刘钝[19]指出,事实上,关于续等复乘的思想早已经出现在秦九韶的著作中,只不过时曰醇表达得更细致罢了。