數(shù)學瑰寶《夢溪筆談》

　　宋代是中國古代數(shù)學最輝煌的時期之一。北宋大科學家沈括的名著《夢溪筆談》中，有10多條有關數(shù)學的討論，內(nèi)容既廣且深，堪稱我國古代數(shù)學的瑰寶。

　　沈括最重要的數(shù)學探討是隙積術和會圓術。隙積術在我國數(shù)學史上開辟了高階等差級數(shù)求和的研究領域，對高階等差級數(shù)的研究始自沈括。

　　所謂“隙積”，指的是有空隙的堆積體、例如酒店中堆積的酒壇、疊起來的棋子等，這類堆積體整體上就像一個倒扣的斗，與平截頭的長方錐（芻童）很像。但是隙積的邊緣不是平的，而中間又有空隙，所以不能照搬芻童的體積公式。沈括經(jīng)過思考后，發(fā)現(xiàn)了正確的計算方法。他以堆積的酒壇為例說明這一問題：設最上層為縱橫各2個壇子，最下層為縱橫各12個壇子，相鄰兩層縱橫各差1壇，顯然這堆酒壇共11層；每個酒壇的體積不妨設為1，用芻童體積公式計算，總體積為3784／6，酒壇總數(shù)也應是這個數(shù)。顯然，酒壇數(shù)不應為非整數(shù)，問題何在呢？沈括提出，應在芻童體積基礎上加上一項“（下寬－上寬）×高／6”，即為110／6，酒壇實際數(shù)應為（3784＋110）／6＝649。加上去的這一項正是一個體積上的修正項。在這里，沈括以體積公式為基礎，把求解不連續(xù)的個體的累積數(shù)（級數(shù)求和），化為連續(xù)整體數(shù)值來求解，可見他已具有了用連續(xù)模型解決離散問題的思想。

　　會圓術是對圓的弧矢關系給出的比較實用的近似公式，主要思想是局部以直代曲。沈括進一步應用《九章算術》中弧田的面積近似公式，求出弧長，這便是會圓術公式。沈括得出的雖是近似公式，但可以證明，當圓心角小于45°時，相對誤差小于2％，所以該公式有較強的實用性。這是對劉徽割圓術以弦（正多邊形的邊）代替圓弧思想的一個重要佐證，很有理論意義。后來，郭守敬、王恂在歷法計算中，就應用了會圓術。

　　在《夢溪筆談》中，沈括還應用組合數(shù)學法計算得出圍棋可能的局數(shù)是3361種，并提出用數(shù)量級概念來表示大數(shù)3361的方法。沈括還在書中記載了一些運籌思想，如將暴漲的汴水引向古城廢墟來搶救河堤的塌陷，以及用挖路成河、取土、運輸，最后又將建筑垃圾填河成路的方法來修復皇宮等。沈括對數(shù)的本質(zhì)的認識也很深刻，指出：“大凡物有定形，形有真數(shù)。”顯然他否定了數(shù)的神秘性，而肯定了數(shù)與物的關系。他還指出：“然算術不患多學，見簡即用，見繁即變，乃為通術也。”