垛積問題

垛積問題

所謂垛積,轉化成現代數學語言,就是一種高階的等差數列或行列式。中國古代曾經使用垛積來解對數、矩陣甚至簡單的微積分。清朝數學家李善蘭對此有較深的研究。

垛積問題

朱世傑在《四元玉鑒》中記載了許多高階等差數列的問題,他列下了一串美麗的級數求和公式:

菱草垛

(等差數列)

1+2+3+……+n=n(n+1)/2!

即Σr= n(n+1)/2!

三角垛

垛積等差數列表 垛積等差數列表

(二階等差數列)

1+3+6+……+ n(n+1)/2= n(n+1)(n+2)/3!

即Σr(r+1)/2! = n(n+1)(n+2)/3!

撤星形垛

(三階等差數列)

1+4+10+……+ n(n+1)(n+2)/3!= n(n+1)(n+2)(n+3)/4!

即Σr(r+1)(r+2)/3! =n(n+1)(n+2)(n+3)/4!

三角撤星形垛

(四階等差數列)

1+5+…+ n(n+1)(n+2)(n+3)/4!= n(n+1)(n+2)(n+3)(n+4)/5!

即Σr(r+1)(r+2) (r+3)/4! =n(n+1)(n+2)(n+3) (n+4)/5!

更落一形垛

(五階等差數列)

1+6+21+……+ n(n+1)(n+2)(n+3)(n+4)/5!

=Σr(r+1)(r+2) (r+3)(r+4)/5!

= n(n+1)(n+2)(n+3)(n+4)(n+5)/6!

定義及公式

我們可以看出他的三角垛公式是以草垛的和為一般項,而撤星形垛是以三角形垛的和為一般項,並且連績以新級數的和為一般項,求出另一新的高階等差級數的公式。從他用「落一形垛」、「更落一形垛」的名稱,可以知道,他是將前式的r項和是後式的第r項,即前式中到第r層為止的垛積降落一層是後式垛積的第r層。

從以上的一串公式,朱世傑歸納得一般式:

Σr(r+1)(r+2)……(r+p-1)/p!=n(n+1)(n+2) ……(n+p-1)/(p+1)!

李善蘭的研究

李善蘭介紹

李善蘭像 李善蘭像

李善蘭(1811—1882),字壬叔,號秋紉,浙江省海寧人。

自幼喜愛數學,1845年,撰《方園闡幽》、《弧矢啟秘》、《對數探源》,在三角函式、對數函式的冪級數展開式的研究上取得比前人更大的成就,他創造的尖錐術提出了幾個定積分公式,在接觸西方微積分之前,獨立地跨進了微積分的門檻。

1852年,離開家鄉到上海,與英國傳教士偉烈亞力合譯《幾何原本》後9卷,《代數術》13卷,《代微積拾級》18卷,後者是中國第一部微積分學譯著。

李善蘭《垛積比類》書影 李善蘭《垛積比類》書影

同時,李善蘭會通中西,寫出《橢圓正術解》等四種關於圓錐曲線的研究著作,《級數回求》等關於冪級數的研究著作。

垛積問題研究

《垛積比類》書影 《垛積比類》書影

《垛積比類》是中國特色的垛積問題研究專著,為關於高階等差級數求和的著作。

李善蘭恆等式為組合數學中的一個恆等式,由中國清代著名數學家李善蘭先生於1859年在《垛積比類》一書中首次提出,因此得名。

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