第七章 高次方程數值解法
第五節 正負開方術

(1)列出方式,開玲瓏三乘方。
秦九韶指出「後篇效此」,表明這是一種普遍方法。這個開方中,出現常數項由負變正的情況,秦九韶稱為「換骨」。開方過程中,還會出現常數項絕對值增大的情形,秦氏稱為「投胎」。秦氏提出這些情形,目的在於指示人們遇到反常情形不要裹足不前,而是要繼續下去。

(2)上廉超一位,益隅超三位,商數進一位。上廉再超一位,益隅再超三位,商數再進一位,上商八百為定。

圖31 尖田
正負開方術是13世紀宋元數學家的共識。南宋的楊輝,金元的李冶、朱世傑對此都有貢獻。李冶、朱世傑不再規定實常為負,而是可正可負,並對常數項變號或絕對值增大的情況也提出了處理意見。數學家們還提出了之分法。如《益古演段》第40題需求-22.5x2-648x-23002=0的正根,就原式開方,開不出準確根,李冶便以22.5乘常數項23002,得517545,一次項係數不變,二次項係數變為-1,再開方,即求-y2-648y+517545=0的正根。這實際上是作變換y=22.5x,求出y=465,因此,x=466÷22.5=20(2/3)。朱世傑把這種方法推廣到高次方。《四元玉鑒》的「和分索隱」門第13問的開方式是576x4-2640x3+1729x2+3960x-1695252=0。他開得正根的整數部分8之後,尚有餘式576x14+15792x13+1595532+704392x1-545300=0
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便以5763乘常數項,5762乘一次項係數,576乘二次項係數,三次項係數不變,以1為首項係數,開方式化成y4+15792y3+91902528y2+233700360192y-104208452812800=0

(6)三變:以商生隅,入下廉。


這實際上進行變換y=576x1,開方得y=384,因此x1=y/576=384/576=2/3,x=8(2/3)。之分法又稱作連枝同體術,是非常巧妙的。
秦氏正負開方術的完整表述在《數書九章》田域類「尖田求積」問中:已知兩尖田合成的一段田地,大斜39步,小斜25步,中廣30步,求其面積(如圖31)。此題歸結為開玲瓏三乘方:-x4+763200x2-40642560000=0
其開方過程是:

祖沖之求解負係數方程的資料已佚。現存史料中,第一次突破方程係數為正的限制的是北宋12世紀數學家劉益。據楊輝《田畝比類乘除捷法》所引,劉益《議古根源》中提出了形如x2-12x=864,-5x2+228x=2592,-5x4+52x3+128x2=4096的方程,可見他還突破了首項係數是1的限制。劉益為解決這些負係數方程,提出了益積開方術和減從開方術。楊輝說劉益的方法「實冠前古」。這兩種方法尚不是增乘方法,後者與增乘開方法比較接近。
(8)以方約實,續商置四十,生隅入下廉內。以商生下廉,入上廉內。以商生上廉,入方內。以續商四十命方法,除實,適盡。所得商數八百四十步為田積。
(3)以商生隅,入益下廉,以商生下廉消從上廉,以商生上廉,入方,以商生方,得正積,乃與實相消。以負實消正積,其積乃有餘,為正實,謂之「換骨」。
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(5)二變:以商生隅,入下廉;以商生下廉,入上廉。
(4)一變,以商生隅,入下廉。以商生下廉,入上廉內,相消。以正負上廉相消。以商生上廉,入方內,相消。以正負方相消。
(7)四變:方一退,上廉二退,下廉三退,隅四退;商續置。
秦九韶提出正負開方術,把以增乘開方法為主體的高次方程數值解法發展到十分完備的程度。他的方程有的高達10次,方程係數在有理數範圍內沒有限制。他規定實常為負,這實際上是求解如下方程的正根:f(x)=a0xn+a1xn-1+a2xn-2+…+an-1x+an=0(a0≠0,an<0)