大德七年上元日,大都城寓居的一位算学家为新书写完最后几问,友人莫若、祖颐先后作序。书分三卷、二十四门、二百八十八问,从天元一问演到天地人物四元并立,这便是后世被科学史家称作中世纪最杰出数学著作之一的《四元玉鉴》。著者朱世杰,字汉卿,号松庭,人称燕山松庭先生。他的生平几乎只留在这两篇序里:莫若说他以数学名家周游湖海二十余年,四方来学者日众;祖颐说他周流四方,复游广陵,踵门求学的人云集。他的生卒没有确凿记载,学界据他交游与著书年代推算,约生于南宋淳祐九年前后,约卒于元延祐初年,终年约六十余岁。
此前四年,即大德三年,他已编就《算学启蒙》三卷,二十门、二百五十九问,从九九合数、斤两换算一路讲到天元一术与开方,是给初学者的阶梯。那以前,金末李冶在封龙山下以天元术解勾股容圆,南宋杨辉在临安详解九章、记下贾宪三角,北方的天元一与南方的日用算法各擅其长。朱世杰兼采南北,在这部启蒙书里把筹算的乘除捷法、正负术、垛积与招差理出一条由浅入深的路;书在中土久佚,靠朝鲜刻本保存,清道光年间罗士琳在琉璃厂书肆访得旧本重刻,才重回国人案头。
《四元玉鉴》真正的高峰是四元术。古法设一个未知数,称立天元一;平阳李德载的书兼立地元,霍山刘大鉴仅存人元二问,朱世杰演数有年,索性按天、地、人、物立成四元,以元气居中,把四个未知数的高次方程组排布在筹图之上,再经剔消、通分、内外行相乘三步层层消去,终归一式,以正负开方求其根。这种多元高次联立方程的系统消解法,在世界数学史上要等到四百余年后才由欧洲学者重新达到。他又以垛积术给出高阶等差级数的求和公式,以招差术列出四次等间距内插公式,授时历所用的平立定三差,在他手里被推广到更高一阶。书里还专设茭草形段、果垛叠藏诸门,把酒坛果物按层堆垛的日用算法推到一般公式,演段之图与筹式细草相为表里,读者循图即可验得其根。
清代罗士琳为他补演细草,赞叹汉卿在宋元间与秦九韶、李冶鼎足而三,却兼包众有、充类尽量,超越两家之上。乔治·萨顿在科学史里称他为贯穿古今的一位数学大家。书成之后,明清算学中绝,这部书沉寂数百年,连细草都散佚不全,正如他在卷首所告诫的,习四元者若不先明乘除升降进退之理,终难入其门庭。那个在燕山与广陵之间奔走讲学二十余年的人没有弟子名录传世,他留下的只有两部书,和一个把中国筹算推到绝顶、又在绝顶之后等了世界四百年的高度。
❝凡习四元者,以明理为务。❞