柜台上有一把算盘,案头摆着一本来自远方的书:一个管「算得快」,一个管「证得明」。
四百年前,这两样东西在同一片土地上相遇了。最容易的做法是比个高下,可有人偏偏选了第三条路——不比输赢,先求会通。
这一册讲的就是这条路:一条来自祖上的口诀,一本来自远方的公理,怎样在同一个屋檐下各自站好,又彼此照亮。
故事层——跟着画面往下读,先读故事。
数学层——暖金色的框里,是这一页真正的数学。
注疏层——页面下方的小字,抄着古书里的原话,给一起读的大人。
明万历年间,徽州。天不亮,商铺的门板刚卸下一半,柜台上已经响起了算珠声。
阿生家开着一家小铺。父亲拨算盘极快,指尖起落之间,账目一一归位;嘴里还轻轻哼着口诀,像唱歌一样。
「算盘一响,心里不慌。」父亲说,「这门歌,是程大位先生替天下人写定的。」
几乎在《算法统宗》写成的同一些年月里,京城来了一位远客。
他叫利玛窦,从极西之地来,带着一架自鸣钟、几幅世界地图,和一摞厚厚的书。书里没有口诀,只有图形、定义,和一条一条推到底的证明。
一位叫徐光启的翰林读到了它,惊为奇书:原来数与形的世界,还能这样一层层立起来。
把这两样东西摆上同一张桌,是这一册要做的事。
一把算盘:一拨就响,一响就出账,天下商人赖它吃饭。一本几何:静悄悄的,只有几条人人都认的理,竟撑起一座顶天立地的大厦。
它们是从两个世界来的。相像的地方不多,相敬的地方,要慢慢才看得见。
这一日铺里进了三车粮。父亲把算盘往柜上一放,左手扶框,右手拨珠,噼啪几声,三笔账并作一笔,数目分毫不差。
阿生看得入了神:方才还乱作一团的数,怎么几下就站得整整齐齐?
「算盘上有规矩,」父亲说,「规矩记熟了,指头自己会算账。」
父亲指给阿生看:一根根木档叫「档」,中间一道横梁把珠分作两半。
梁上一珠,一珠当五;梁下一珠,一珠当一。一档一位,个十百千万,从右往左排开——这正是「位值」的老规矩,只是从筹上搬到了珠上。
数进了档,十进一,借了就还,清清楚楚。
算盘的记数与算筹一脉相承:
一档一位,位值十进;梁下记一,梁上记五。
拨珠表数,空档为零。筹算的位值思想,在算盘上变成了看得见、摸得着的手上功夫。
阿生学口诀。三加四,念「三下五除二」;九加一,念「九去一进一」——手指跟着声音走,声音催着手指落。
父亲说,从前老人学算,先背三月口诀,后学三月拨珠;背熟了,算就不必想——「算法住进了耳朵和手指里」。
算筹要摆,笔算要写;珠算连纸都不必,声音就是它的笔。
口诀把「怎么算」一步一句固定下来:
三下五除二:本档加三,下珠不够 ⟶ 拨下五珠(五加三,多出二除去)
九归歌把除法从「试商」变成「见数念诀」。口诀是算法的韵文——节奏、押韵、顺手,三样合起来,学问就成了本能。
阿生拿当日的账试手:粮四十七石、盐一百二十三引、布八十六匹,逐项加总。
口诀一句接一句,珠一颗接一颗;念完最后一个字,梁上珠停处,总数已经等在那里。
父亲点头:「歌是死的,账是活的。死歌对活账,才算学会了歌。」
逐档相加,满十进一:
47 + 123 + 86 = 256
个位 7+3 满十进一,十位连进再得珠。位值十进的算法,配上口诀的节奏,一串数便如流水过档。
孔子说:君子与人和睦相处,却不必处处相同。
「和」不是「同」。同,是把所有声音变成一个声音;和,是不同的声音各守其位,合成一段乐。
算盘有算盘的道理,远方来的书有远方的道理——还未相见,先记住这一句:和而不同。往后它们相遇,这句话要作准。
夜里,阿生闭着眼也能拨完一页账。手指起落,口诀在心——他忽然明白父亲的话:歌住进手里,人就空出手来想别的事了。
算法炉火纯青,是一种美;可与「明白为什么」比起来,它还差着一步。差的那一步,要等一本远方的书来补。
口诀是「术」的化身:可诵、可传、可速成。术之外,还有一个「理」的世界——彼时它正渡海而来。
万历三十四年,北京。宣武门内的宅院里,利玛窦与徐光启对坐一案,中间摊着那部厚书。
一个通拉丁文,一个精中文;一人讲,一人译,一人润,一句句磨。如此三易春秋,前六卷书成,取名《几何原本》。
付刻那日,徐光启在序里写下心中的震动:「此书为益,能令学理者祛其浮气,练其精心。」
徐光启译到卷首,发现一件奇事:全书六百多个命题,起头却只是寥寥几句「界说」与「公论」。
界说,是名目的约定:点没有部分,线有长无宽。公论,是不证自明之理:等量加等量,其和相等。
「大厦千间,」徐光启想,「根脚原来只有这几块石头。人人认这几块,人人便都得认这座楼。」
公理化的骨架:
界说(定义)+ 公论(公理)⟶ 逐条证明 ⟶ 命题成网
定义立名,公理立理;凡后续命题,皆由此推出。不诉诸经验、不倚仗权威——只倚仗推理本身。
全书第一题:给一条线段,作一个等边三角形。
只许动两步:以线段一端为心、全长为半径画一圆;再以另一端为心,同样画一圆。两圆相交,从交点连回线段两端——三边等长,一等边三角形便立起来了。
每一步都用到的,只是公论里答应过的那几条。地基之上,第一块砖落定。
命题一的推理骨架:
两圆半径同长 ⟶ 公共交点到两端等距 ⟶ 三边两两相等 ⟶ 等边
没有量、没有猜、没有「大约」——每一步之所以成立,都写明是凭什么。
阿生随父亲进京,在书坊里头一回见到这册新书。翻开来,题题相连:第二题用第一题,第三题用前两题。
「像什么?」父亲问。
「像锁链,」阿生说,「一环扣一环。可这链子不打铁,打的是道理。」
证明的力量正在此:只要起头那几块石头人人认,锁链便对人人一样地成立——不分铺子内外,不分东西。
勾股定理在《原本》卷一之末(命题四十七),是前四十六题层层铺垫的果实:
等腰三角形 ⟶ 角边关系 ⟶ 全等判定 ⟶ …… ⟶ 弦上两方正方之和等于勾股两方
而中算《周髀》以「勾三股四弦五」与出入相补直接算出。同一真理,一由算得,一由证得。
朱子讲过一个比喻:月只一轮,落进万条江河,川川各有一月。
川川的月各不相同——大小、明暗、摇动,处处是「分殊」;可万川之月,同出于一轮——「理一」。
勾股在东方由算而得,在西方由证而成:两条川,一个月。看见分殊的人不必忘了理一;认得理一的人,更该敬重每一条川。
阿生问父亲:「那书里的话,句句都要推,多慢。」
父亲道:「慢有慢的分量。口诀我信,是因为祖辈用了千年没错过;那书里的话他也信,是因为一环环推在明处。两种信,信得都硬。」
信任可以来自千年的验看,也可以来自一环环的推理——两条路,都通向「信」。
验之千年与推之一环:前者是「术」的可信,后者是「理」的可信。同是可信,来路不同——这就是分殊;可信本身,是那轮月——这就是理一。
回程的船上,阿生憋了许久,终于问了:「爹,会算账的人聪明,还是会证题的人聪明?」
父亲拨了三颗珠,笑了笑:「铺子里遇上急账,谁快?书斋里遇上难理,谁稳?」
阿生想了想:「各管各的?」父亲不答,只把口诀书和那册新书并排放进了行囊。
行囊里两样东西并排,正好拿同一道题试手:直角三角,勾三股四,斜边几何?
走算的一路:口诀、筹珠、开方——三三得九、四四十六,相加得二十五,开方得五。快,稳,一步不落。
走理的一路:在斜边上作正方,剖成四块,与勾股两方一一相补——五,是被「证」出来的,不是被「算」出来的。
两路同证一事:
算:32+42 = 25,√25 = 5
证:弦方正 = 勾方 + 股方(出入相补)⟶ 弦 = 5
算给出数,证给出「为什么必是这个数」。数与理,在同一枚三角形上会师。
两路各有利弊,阿生一一数给父亲听。
算的一路:快如疾风,日结百账;可口诀只答「怎么算」,不答「为何如此」——规矩之外,它就沉默了。
理的一路:一步一证,慢工细活;可它管的是一整类——凡直角三角形,无一例外。算管「此题」,理管「凡此」。
术与理的分工:
术(算法):给「此题」一个数 ⟶ 快、可普及、依赖口诀
理(证明):给「一类」一个必然 ⟶ 慢、可扩张、依赖推理
若问「下一题答什么」,问术;若问「凭什么永远不错」,问理。
父亲打了个比方:算法是船,证明是航图。
船快,能载货远行;航图慢,却写明为何此路可达、彼路必沉。有船无图,行到新水域便两眼一摸黑;有图无船,图再好也渡不了河。
「所以谁更聪明?」父亲合上行囊,「会撑船的与会看图的,从来是一伙的。」
术与理相济的实际样子:
理开路(该问什么、为何此法可行)⟶ 术赶路(快算、口诀、工具)⟶ 理验收(对不对、有没有例外)
开路、赶路、验收——三样齐全,学问才走得远。
《中庸》说:万物一同生长,互不戕害;各条道路并行于天地间,互不违背。
会算与会证,正是这样两条道:不必一条吞掉另一条,各自走到极处,反倒互相看见了。
「谁更聪明」这一问,问了一路,答案原来不在输赢里——在并育里。
夜里,铺中的灯与书斋的灯隔着一条街亮着。父亲把两盏灯都比给了阿生:一盏照账,一盏照理。
「灯不必争亮,」父亲说,「同室点两盏,屋子才没有暗角。」
术照「此题」,理照「凡此」;两盏灯同点,快与稳才都看得见——和而不同,在此案上。
译书的人深知:要评判一样东西,先得把它原原本本请进门来。
徐光启定下了次序:会通之前,先须翻译;翻译之后,才有会通;会通了,才谈得上超胜。三步走,一步不跳。
「欲求超胜,必须会通;会通之前,先须翻译。」——他把这句话写进了奏章,也写进了自己的后半生。
遇上有趣的事:译完六卷几何,徐光启没有宣布算盘过时;他自家修历、屯田、练兵,账目算得比谁都勤。
他批评的是「言无法」与「守旧法而不知其所以然」,而不是哪一方的学问。他挑剔两边的短处,也认两边的长处。
评判而先不判输赢——这是最难的功夫,也是最要紧的功夫。
译书期间的两手并进:
一手译《几何原本》《测量法义》⟶ 引入「理」之体系
一手修《崇祯历书》、撰《农政全书》⟶ 用「术」济实用
术与理在一人身上并行不悖——他自己就是「并育并行」的活样本。
数十年后,宣城人梅文鼎把这件事做得更到家。他遍研中法西法,笔下从不偏袒:
「法有可采,何论东西;理所当明,何分新旧。」——法子好就采,不论它从东边来还是西边来;道理该明白,不问它旧还是新。
他把西方的几何讲给中人听,也把中法的勾股讲给西人听:勾股可以通几何,几何亦可以还通勾股。
梅文鼎会通的实绩:
以勾股释几何(平三角、立三角)⟶ 以几何正中法(演段、开方诸图)
一进一出,两法互证。学问的边界,在会通者笔下悄然消融。
康熙年间,朝廷召集学者,把中西算学熔为一炉,纂成《数理精蕴》五十三卷。
书里,西方的几何、代数与中法的开方、勾股各居其篇,又互为注脚。这是「会通」由个人而成国家工程的一刻。
算盘没有因此退休,几何也没有喧宾夺主——两样都进了殿门,各坐各位。
《数理精蕴》的结构即一种「会通宣言」:
首编(纲)立数理之本 ⟶ 次编(目)条分线面体与代数 ⟶ 表编(用)八线、对数与诸法表
理论、方法、工具三层齐备——术与理在官修之书中正式合流。
南宋的陆九渊说下一段有名的话:东海出圣人,此心同、此理同;西海出圣人,此心同、此理同。
四百年后,明清之际的学人拿这句话迎接远方的学问:既然理一,则东西所得之理,必能相认。
会通之所以可能,正因为有这个「同」字垫底——不同是表面,相同是根基。
阿生长成后重读那册几何,又在柜上拨了半日算盘。两样他都舍不得。
后来他懂了:舍不得不是软弱的和稀泥,是「和而不同」最结实的样子——两样都真,两样都留,中间的路自己走。
翻译—会通—超胜,三步的次序里藏着一个道理:先敬重不同,才配得上相同。
这一册到了收束。回头望望,前九册各立着一座山:数从结绳刻符里来,勾股环而共盘,田亩丈出分数,圆周三起三落,同余唤兵点将,贾宪三角生生不息,垛积积土成山,天元为未知命名。
九座山,各是各的峰;合起来,是一条脉。
如今第十座山下,算盘与几何并肩而立——这一册要问的,是山外的事:不同的智慧之间,该怎样相处。
四百年过去,再看这两样东西的去处。
算盘老了么?《算法统宗》风行数百年,珠算口诀至今仍在传习;一粒算珠拨下去的快意,计算器替代不了。
几何旧了么?《原本》的界说与公论,进了今天每一本中学课本;公理化的法子,成了现代数学的通用骨架。两条路,都活着,都往前走。
今日课堂上的合流:
计算(术)与证明(理)同册共教 ⟶ 珠算进非遗 ⟶ 公理化成数学之骨架
会通不再是少数人的志业,成了每个学算之人的日用。
把两条路各自的样子列成一张清单,摆上桌来。
算的一路:从实际问题来,求「好用」,口诀传承,人人可学,验在日用。理的一路:从公理出发,求「必然」,推证传承,层层可溯,验在逻辑。
清单上没有一行是「错」的,也没有一行是完全相同的——这正是「不同」的全部分量。
清单的收梢:
术:问题 ⟶ 口诀 ⟶ 快 ⟶ 验于日用
理:公理 ⟶ 推证 ⟶ 必然 ⟶ 验于逻辑
两条清单尾尾相望,桥就在中间:理给术立「为何可行」,术给理验「果然可行」。
「和而不同」最怕被读歪:和,不是把两样搅成一团浆。
搅成一团,口诀不再是口诀,证明不再是证明,两败俱伤。会通的正解是:承认各自成立,再去找它们共同指向的那一个「理」。
分殊处处,理一则一。守得住分殊,才配得上理一。
会通三戒:
一戒以一灭一(宣布某一方「无用」)
二戒强行混一(把两法搅成半吊子)
三戒徒高下论(只问谁高,不问何为真)
三戒之外,路只有一条:各守其位,共指其理。
西周末年,史伯说下八个字:相和则生出新物,全同则无以为继。
算盘与几何相遇,生出的新物写在往后的岁月里:《测量异同》的对勘、《数理精蕴》的合流、今日课堂里计算与证明同册共教。
若当初选择了「同」——宣布一方吞掉另一方——这一切新物,一样也不会出生。
全书的视觉母题,在此页完成:左半是算盘,右半是几何——第一页分开摆的两样东西,最后一幕合成了一幅图。
合为一图,不是并作一物;算盘仍是算盘,几何仍是几何。合起来的,是那道望向它们的目光。
十册十问,至此同归于一个问:不同的智慧如何相处?答案不在输赢里,在会通里。
回望这一册,是一张桌子慢慢摆齐的过程。
徽州铺子里,口诀把算法唱成了歌;京城案头上,公理把推理立成了塔;徐光启把书译进门,梅文鼎把两法对勘;御制的殿里合流,今日的课堂里同堂。
翻译、对勘、会通、传承——四步,三百多年。十册书至此收官:十座高峰原是一条山脉,山上山下,走的是同一种「求真」。
有一桩事,不能不记在此册的末尾。
利徐二氏只译成前六卷,后九卷悬而未续。徐光启在跋里说:续成大业,有待后人。这一等,就是两百五十年——1857 年,李善兰与伟烈亚力续译全书告成,《几何原本》方在中国团圆。
会通不是一代人的事。肯把未竟之业郑重交给后人,也是会通的一部分。
全书的最后一问,留给还没发生的相遇。
算盘与几何的相遇,用了三百年学会相处。那么,还未逢面的智慧呢——尚未相遇的学问、尚未对话的人心,该怎样等待彼此?
和而不同的功课没有结业的一日:认得出不同,守得住分寸,指得着共同的那一点理。下一场相遇来时,功课还得重做一遍。
口诀是唱出来的规矩,先亲手把「规矩」做出来。
材料:一块纸板、一段粗线、若干珠子(钮扣、豆子皆可)、一支笔。
一 纸板上画出四根竖档,中间画一道横梁。
二 每档穿五珠:梁上一枚、梁下四枚,自右往左标个、十、百、千。
三 拨一数试试:如 375——百档梁下一枚带二枚靠梁(记三),十档梁上一枚带二枚(记七),个档梁上一枚(记五)。
四 加 128,边念口诀边拨,看进位怎样过梁。
证理的功夫,也亲手走一遍才算数。这一回不拨珠,改剪纸。
材料:三色纸各一张、剪刀、笔、尺。
一 各色纸上各剪一个大正方形、两个小正方形(边长自定,譬如三寸、四寸)。
二 把勾三、股四的两个小方剪成碎块,试着拼进弦五的大方——能否恰好填满?
三 拼满之后,把每一步「凭什么可以这样剪」写成一句,列成自家的小「公论」。
四 换一个直角三角形再试。问:碎块的拼法一样吗?「结论」变了吗?
珠算——以算盘拨珠行算之法,宋元成形、明代大盛;一档一位、位值十进,梁上记五、梁下记一,空档为零。
口诀——算法的韵文定式,如加法「三下五除二」、除法「九归」诸诀;可诵可传,算法由此化入手指与耳音。
《算法统宗》——程大位 1592 年所撰珠算总集十七卷,汇口诀、谱盘式、收商旅实用之题,为珠算集大成之作。
界说——利徐译本对 definition 的定名:立名目、定范围,如「点者,无分」。
公论——对公理(含公设)的译名:不证自明、人所共认之理,如「等量加等量,其和相等」。
求作——对 postulate 的译名:允许施行的基本作图,如「自一点至任一点引一直线」。
公理化——由少数定义与公理出发、逐条推出全部命题的组织体系之法;《几何原本》为其范型。
会通——明清之际中西算学对勘融合之总名:先译、次会通、后求超胜;语本徐光启,成于梅文鼎。
本册的要害,在分清三种相处之法。其一是「同」:以一方吞并或取代另一方,史伯谓之「同则不继」。其二是「混」:把两法搅成半吊子,各失其真。其三是「和」:承认各自成立,对勘、互证、各守其位,而共指其理——此即会通。会通之所以可能,哲学上系于「理一分殊」:万川之月虽殊,月则一轮;东西所得之理虽异,理则同源。术与理的相济(船与航图)与东西两学的相济,是同一道理的两副面孔。
程大位(明,1533–1606)——字汝思,号宾渠,徽州休宁人;早岁经商,晚年著《算法统宗》,珠算由是大定。
利玛窦(意,1552–1610)——耶稣会士,1582 年抵华;与徐光启合译《几何原本》前六卷,又与李之藻译《同文算指》,引西学入华之先驱。
徐光启(明,1562–1633)——字子先,号玄扈,上海人;译几何、修历法、撰《农政全书》,「欲求超胜,必须会通;会通之前,先须翻译」为其纲领。
梅文鼎(清,1633–1721)——字定九,号勿庵,宣城人;著《历算全书》,「法有可采,何论东西」,中西会通之宗匠。
李善兰(清,1811–1882)——号秋纫,海宁人;与伟烈亚力续译《几何原本》后九卷(1857),又译代数、微积分诸书,西学东渐之重镇。
欧几里得(希腊,约前三世纪)——著《几何原本》十三卷,公理化体系之范型;利徐译其前六卷,李善兰辈补全十五卷本(合译底本增为十五卷)。
《算法统宗》(程大位)——珠算元典;《几何原本》(利玛窦、徐光启合译,1607/李善兰、伟烈亚力续,1857)——公理化入华之始;《测量异同》《测量法义》(徐光启)——东西对勘之实绩;《崇祯历书》《数理精蕴》(1723)——会通之国家工程;《历算全书》(梅文鼎)——个人会通之集成;《论语·子路》——「和而不同」;《礼记·中庸》——「并育并行」;《国语·郑语》——「和实生物,同则不继」;《象山语录》(陆九渊)——「东海西海,心同理同」;《朱子语类》——「理一分殊」「月映万川」。
会通的成果,家里天天都在用。
买菜算账,用的是「术」的直快;做一道证明题,用的是「理」的谨严;按键计算,机器里同时住着两样——算法是它的船,逻辑是它的图。
计算是术:口算、珠算、笔算、机算,问的都是「此题答什么」。
证明是理:课本里「求证」二字,接的正是《原本》的衣钵——问的是「凭什么永远如此」。
——四百年前那张桌上并排的两样东西,如今在每个人的书包里。
会通这件事,后来走得更远。
公理化的法子不再只管几何:十七世纪牛顿的力学、十九世纪以后的算术公理、集合论公理,直到二十世纪的各门数学,都学着《原本》的样子——立几条公认的地基,推出整座大厦。
而中算「重实用、重算法」的传统,则活在与公理传统并肩的另一翼里:数值方法、计算数学、计算机算法——快与稳,都还在。
从《原本》到现代的路径:
《原本》(前三世纪)⟶ 利徐译本(1607)⟶ 公理化方法遍及各科(十九—二十世纪)⟶ 计算与证明同堂(今日)
和而不同不是终点,是一条越走越宽的路。
这一册有两条线,一明一暗。
明线(暖金):珠算与《算法统宗》、利玛窦徐光启合译《几何原本》前六卷、公理化体系、术与理的分工、徐光启的会通纲领、梅文鼎与《数理精蕴》、李善兰补全十五卷、珠算与公理化的今天。
暗线(青绿):「和而不同」「理一分殊」「并育并行」「心同理同」「和实生物,同则不继」——不同的智慧如何相处:不比输赢,各守其位,共指其理。
· 先读故事层,再带孩子亲手做一把小算盘(见动手做一),口诀之「顺」要靠手上体会;
· 数学层「一题两解」与「清单对照」两段,最宜边读边在纸上演练;
· 五页暗线页与每幕的交汇页(偏青绿),适合慢读——只问不答,让画面自己说话。
三个可以不急着回答的问题,留给亲子一起慢慢聊。这也是全书的最后三问。
一 口诀和证明,能互相代替吗?
不能,也不必。口诀快,回答「此题答什么」;证明稳,回答「凭什么永远如此」。术管快,理管必,各司其职。
二 为什么徐光启坚持「会通之前,先须翻译」?
要先原原本本地懂,才有资格评。评判先于理解的评判,多半是偏见。译书是把「不同」请进门——请进门,才谈得上和。
三 「和而不同」难在哪里?
难在两样都真、两样都留,还要找得到共同指向的那一点理。搅成一团容易,各守其位而相济,才是真功夫。
《中国古代数学故事绘本》第 10 册
和而不同 · 一把算盘与一本几何
明线:珠算与《算法统宗》 · 《几何原本》前六卷译行 · 公理化 · 中西会通
暗线:和而不同 · 理一分殊 · 并育并行 · 心同理同 · 和实生物
时代:明—清(1592 年至 1723 年,远眺 1857)
主典:程大位《算法统宗》;利玛窦、徐光启合译《几何原本》;徐光启《测量异同》;梅文鼎《历算全书》;《数理精蕴》;《论语·子路》;《礼记·中庸》;《国语·郑语》;《象山语录》;《朱子语类》
体例:扉页与题解 2 页 · 引子 3 页 · 五幕 35 页(每幕:故事 1 · 数学 3 · 暗线 1 · 交汇 1 · 小结 1)· 收束与留问 3 页 · 动手做 2 页 · 小典 2 页 · 延伸 2 页 · 家长导读 2 页 · 版权 1 页,共 52 页。
全套十册,依历史时序,自先秦至明清。本册为第十册,即全系列之总收束册。