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【壬寅嘉禾星光历】李善兰:这位中国近代科学先驱的跨越式人生
2022-12-09 15:07



李善兰


其用力之勤劳及其成功之伟大,均不在徐光启李之藻之下。 ——钱宝琮


李善兰先生

代数学、系数、根、函数、微分、积分、植物、细胞……这些曾经让你“头秃”的科学名词,都是我们今天的主人公创译的。

李善兰,名心兰,字竟芳,号秋纫,别号壬叔,善兰是他的庠名,中国近代著名数学家、天文学家、力学家和植物学家。

清嘉庆十五年十二月初八(1811年1月2日,生日另有三说),李善兰生于海宁一个普通的缙绅家庭。

李善兰是家中长子,他来往甚密的亲友,多是喜爱吟诗作画的文人墨客。受此影响,李善兰长大后,对科举也不热衷。虽免不了要花大部分的时间在应付科举上,但他也有很多业余爱好。

他爱作诗,其诗名在当地颇有名气,和亲友组过诗社,也是当时嘉兴最有名的诗社鸳水吟社最早的社员。

他爱算学,曾在《则古昔斋算学》 丛书自序中,自述学算开始于10岁在家塾读书时,“架上有古 《九章》,窃取阅之,以为可不学而能,从此遂好算”。说这话时,他已是名满天下的数学家,正准备出版算学全集。

10岁接触《九章算术》,15岁时,他已经读完明末利玛窦与徐光启合译的欧几里得《几何原本》前六卷。

此时的少年还未意识到,将他带入算学王国的这两本书,表达着中西迥异的数学思想,前者创立机械化算法体系,后者创立逻辑演绎体系。

然而,在那个风雨如晦的时代,少年的悠然意趣必然被打破。


1842年,也是一个壬寅年,四月,31岁的李善兰正在海盐炮台游览,他目睹英军和清军在乍浦激战。写下《乍浦行》。


壬寅四月夷船来,

海塘不守城门开。

官兵畏死作鼠窜,

百姓号哭声如雷。

……


那一刻,他旧有的价值观受到极大刺激,“何况沿塘足武备,大炮嵯峨如云排”,或许从那时他就开始思考为何“装备精良”的清军会兵败如山倒。


他最终从自己热爱的算学中,找到一条科学救国的路。


正如他在《重学》序中所述,“呜呼!今欧罗巴各国日益强盛,为中国边患。推原其故,制器精也;推原制器之精,算学明也”,他希望有朝一日,“人人习算,制器日精,以威海外各国,令震慑,奉朝贡”。

李善兰画像

年轻的李善兰学算学、天文、历法,在去杭州科考时,他在书坊里发现《测圆海镜》和《勾股割圆记》。

其中,元代数学家李冶的《测圆海镜》几乎影响他终生。受此书演绎体系和“半符号代数”的启发,20多年后,他在翻译《代数学》《代微积拾级》如鱼得水,并发明了用中文表示数学符号的半符号数学。他在晚年回忆,小时候学《九章》,觉得浅近无味,读到这本书才知算学精深,翻译西方数学时,“信笔直书,了无疑义者,此书之力”。

29岁时,李善兰写出《方圆阐幽》,创造尖锥术,他称为“尖锥求积术”。这是确定面积(或体积)的普遍算法,一种处理代数问题的几何模型,他对“尖锥曲线”的描述相当于给出了直线、抛物线、立方抛物线等方程。

虽然,此时他还没有接触微积分,但实际上已得出有关定积分公式,尖锥术实质上就是幂函数的定积分公式和逐项积分的运算法则。李善兰还将之用于对数函数的幂级数展开。

34岁这一年,李善兰离开海宁,来到当时的算学重镇嘉兴。清代是中国古代数学研究的高峰,在浙江,数学家多集中于杭嘉湖一带。

在这里,李善兰完成了他几部最为重要的数学著作《对数探源》《麟德术解》《垛积比类》等。他最大成就是创立尖锥术和对中国传统数学垛积术的独创性研究。

李善兰集前人研究之大成,自创的三角自乘垛和乘方垛两类新的垛积,并在讨论三角自乘垛的求和问题时提出“李善兰恒等式”,西方文献称之为“李壬叔恒等式”。

李善兰虽未给出证明,但数学家章用、华罗庚等人都对此高度评价,并给出了证明。

李善兰在数学研究上的巨大成就,除了尖锥术和垛积术,就是代表晚清数论研究最高水平的《考数根法》。

1869年,李善兰赴京进入京师同文馆,成为天算馆教习。

此前,他刚将自己发现的判别素数的方法告诉之前与他合译《几何原本》的传教士伟烈亚力 ,并发表在香港《中日释疑》,被称作“中国定理”,引发中外学者争论。

后来,他对“中国定理”进行修正,写下 《考数根法》,在判别一个自然数是否为素数时,李善兰证明了著名的费马素数定理,并指出了它的逆定理不真。这是中国素数论方面最早的著作。

1859年,他结合西方几何学、理学等原理,写出来我国第一部精密科学意义上的弹道学著作《火器真诀》。

这正是他希冀“足国强兵”,实现“人人习算,制器日精,以威海外各国,令震慑,奉朝贡”美好梦想的一次重要践行。

提起李善兰,不能不说的还有他影响最大的另一成就——西方科学著作的翻译。

1852年,李善兰离开嘉兴,到了上海。在这里,他完成从传统文人转为近代知识分子,完成从著名算学家到近代科学先驱的跨越。

五月,他进入墨海书馆,一个月后,开始与伟烈亚力合译《几何原本》后九卷,距离利玛窦、徐光启翻译前六卷已过200余年。

此后,他又伟烈亚力合译《代数学》和《代微积拾级》。

前者是我国第一部符号代数学著作,他创译了如系数、根、方、方程式、函数、几何学等许多沿用至今的概念、名词、符号;后者是中国第一本微积分教材,将西方高等数学引入中国。

对此,世界著名数学家丘成桐说,“就东方近代数学发展史来说,前两本书 (《代数学》《代微积拾级》)有比较重要的意义,《代数学》引进了近代代数,《几何原本》《代微积拾级》则引进了解析何和微积分。”

除此,李善兰还和伟烈亚力合译第一次系统地介绍近代西方天文学的《谈天》,与艾约瑟合译了我国第一部系统介绍牛顿经典力学的《重学》,与韦廉臣、艾约瑟合译我国第一部西方植物学著作《植物学》……

在墨海书馆的七八年间,他翻译出版了80余卷西方科学著作。

李善兰被世人誉为近代科技翻译第一人。现代著名科学史家钱宝琮赞誉他,“其用力之勤劳及其成功之伟大,均不在徐光启李之藻之下。”


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参考资料

1. 杨自强《李善兰评传》

2. 邢春如 李穆南 竭宝峰 刘心莲《古代数学与物理学》辽海出版社

3.李正平《数学史鉴》现代出版社



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