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点击上方"华院计算"关注有更多精彩内容依稀记得,初中读课外数学书开始接触等差级数求和问题时,看到“沈括”这个名字和他的“隙积术”,一度振奋莫名:原来在九百多年前的中国北宋,已经有人懂得如何解算高阶等差级数求和!后来还知道,南宋的杨辉和元朝的朱世杰对它作了完善和推广。除了隙积术,沈括在数学方面的贡献还有“会圆术”,利用圆的半径、弦长和扇形高度来近似计算圆上扇形弧长。多年之后,才知道这位古代数学家沈括(1031-1095年)其实还是一位通才科学家和知识渊博的学者,也是一位有能力的政治家。沈括是杭州人,于仁宗嘉祐八年(1063年)考取进士、神宗时期参与王安石变法(1069-1085年期间)、熙宁五年(1072年)任职司天监、熙宁八年(1075年)出使辽国并于次年任翰林学士和三司使、元丰二年(1079年)传闻牵涉殃及苏轼的乌台诗案(此事之真伪在历史上颇有争议)、元丰五年(1082年)因宋军败于西夏而遭连累被贬,晚年则以平生见闻隐居纂著,直至辞世。沈括的科学成就是多方面的。首先是数学。上面提到沈括的“隙积术”和“会圆术”,在世界数学史上是遥遥领先的首创,比西方学者发现类似的公式早六百多年。他还提出过计算围棋对弈总局数的估算方法。围棋是中国人发明的一种高级智力游戏,始于春秋战国时代。棋盘上有个可以投子的格点,而每个格点又有黑子、白子和空位三种可能,因而共有3的361次方那么多种的棋局变化。这在当年是一个天文数字,但沈括估算出来的结果却非常精确。日本数学家三上义夫(1875-1950年)曾给予沈括极高的评价。三上义夫博士有名著《中日数学的发展》,包含中国数学史部分21章。他在“中国算学的特色”中写道:“日本的数学家没有一个比得上沈括。像中根元圭精于医学、音乐和历史,但没有沈括的经世之才。本多利明精于航海术,有经世之才,但不像沈括的多才多艺。沈括这样的人物,在全世界数学史上找不到,只有中国出了这么一个。我把沈括称作中国数学家的模范人物或理想人物,是很恰当的。”沈括精通天文学。他提倡过自称为“十二气历”的新历法,与今天的公历相似。他改进了张衡(78年-139年)观测天象的“浑天仪”并制造了计时的“浮漏仪”和测日影的“景表”。当年他已经知道“冬至日行速,夏至日行迟”,并且在计时精度方面领先西方六百多年。他亲自观测北极星,留下绘图两百多张,得出北极星位置与地球北极方向相距三度的结论,还解释了太阳运动不均匀而引起的时差现象。他在历史上第一次阐明了月亮盈亏和日食月食的原因。此外,他实地考察过海潮的涨落规律,得出“每至月正临子、午,则潮生”的正确结论。在物理学方面,沈括深谙力学、光学、声学特别是磁学。他记录了指南针原理及制作方法,并发现了地磁偏角的存在,指出“以磁石磨针针锋则能指南,然常微偏东,不全南也”,比哥伦布1442年的地磁偏角报告早四百多年。他还清晰地说明了墨子观察到的针孔成像和凹凸镜面成像等光学原理,并解释了彩虹的形成。沈括对声音的共振现象有细致的研究,用纸人来放大琴弦上的共振,比