刘益 (数学家)

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刘益（？—？），河北中山府人，又称为“中山刘先生”，北宋数学家。著有《议古根源》一书二百问；南宋数学家杨辉在《杨辉算法》高度评价刘益在数学上的贡献：“刘益以勾股之术,治演段锁方,撰《议古根源》二百问。带益隅开方实冠前古”[1] 。

杨辉在《杨辉算法》一书中多次引用《议古根源》。直到明代程大位的《算法统宗》还提到《议古根源》这部算书；但从此以后失传。所幸《杨辉算法》多处引用《议古根源》，从这些片断，可知刘益对数学的贡献有三个方面：截积术、演段术和带从开方正负损益法[2]。

学术贡献

截积术

从平面几何图形截取一段已知面积，求截取面积有关的线段长度。 “圆田一段直径十三步，今从边截积三十二步；问：所截弦矢各几步？答数弦十二步矢四步”

刘益得到下列方程

实

方法

上廉

下廉

负隅

即四次方程：${\displaystyle -5x^{4}+52x^{3}+128x=4096}$

演段术

刘益演段图

刘益《议古根源》一书今已失传，但在南宋数学家杨辉的著作中还保留《议古根源》演段术的片段[3]。 杨辉《田亩比类乘除捷法》卷下：中山刘先生序谓算之术入则诸门出则直田；《议古根源》故立演段百问，盖欲演算之片断也，知片断则能穷根源。

第六问：直田积八百六十四步，只云长阔共六十步，问长多阔几何？

答曰十二步。

演段曰：和自乘有四段直田积一段差方积，所以用四积减和方余得差方一段，卻取方面。

长阔差的平方 = ${\displaystyle (60)^{2}-4*864=144}$

所以 长阔差 = 12

带从开方正负损益法

刘益将贾宪的改进成为解含任意系数的高次方程的方法 例：解下列四次方程

${\displaystyle -5x^{4}+52x^{3}+128x=4096}$

以4为商(矢)

商

实

方法

上廉

下廉

负隅

程序： 1)上商乘负隅并入下廉得三十二

商

实

方法

上廉

下廉

负隅

2) 以商四乘下廉三十二的一百二十八入上廉共二百五十六

商

实

方法

上廉

下廉

负隅

3) 又已上商乘上廉得一千二十四为方法

商

实

方法

上廉

下廉

负隅

4) 以上商四乘一千二十四得四千九十六与实相消为零

商

实

方法

上廉

下廉

负隅

得矢=4

評價

數學史家錢寶琮說：“宋時已能建立含負係數的四次方程，並能數值求解[4]

参考文献

1. 宋 杨辉 《杨辉算法 乘除变通本末 》第236页 辽宁教育出版社 ISBN 7538247394
2. 吴文俊主编 《中国数学史大系》 第五卷 第二编 北宋时代 刘益 41-51页
3. 吴文俊主编 《中国数学史大系》 第五卷 第二编 北宋时代 刘益演段术 46页
4. 錢寶琮 《中國數學史》上篇