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幂函数中的幂:也谈幂函数之幂

幂函数中的幂:也谈幂函数之幂

“幂函数”之名为什么用“幂”这个字?

据《汉语大词典》“幂”字条,幂是盖覆食物的巾。《仪礼 . 公食大夫礼》郑玄注“幂,巾也”。又,《周礼 . 天官》“幂人,掌共巾幂”。 《汉语大字典》有“幂”字的另一写法“冪”的释义,其第四点:“数学名词。表示一个数自乘若干次的形式。”并引《隋书律历志》:“四曰少广,以御积幂方圆。”可知至迟在隋朝“幂”字已有这个含义。这个含义是怎么来的呢?

“幂”字是从“冖”变来的。《说文解字》中无“幂”字,但有部首“冖”,说“冖覆也,从一下垂也”,并引《玉篇》注“以巾覆物,今为幂。”

那么幂函数名字的起源应是“冖”,从一下垂的意思,引申为“ 以巾覆物”,并从“巾”有长与宽,引申为“数相乘“或“数自乘”。

那么,最开始时“幂”指“两数相乘”还是“数自乘”?

数自乘叫幂虽已在隋朝以前出现,但这个含义社会上并不通用,迟至清朝《康熙字典》也不接受。也许数自乘叫“乘方”更合古义?

据说“幂”字是最早由刘徽在《九章算术注》中引入,但含义是两数相乘,不是数自乘。《九章算术》经文中未见“幂”字。卷一,“方田术曰广从步数相乘谓积步”。刘徽注:“此积谓田幂。凡广从相乘谓之幂”。李淳风对“幂”的这个用法表示反对,他按:“幂是方面单布之名,积乃众数聚居之称。循名责实,二者全殊。虽欲同之,窃恐不可。”李淳风的意思是,经文中是长宽两数相乘得积,而幂是方形(长宽相同),不可表示相异两数相乘。当然我们也可以认为,李淳风并不反对用“幂”表示数自乘,只是没有明确说出数自乘。

《隋书 . 律历志 . 备数》:“四曰少广,以御积幂方圆。”这句话把“积”与“幂”并提,可以理解为“积”与“幂”不同;又与“方圆”联用,是否有“积是两数相乘,幂是数自乘”之意?虽然《隋书》作者标为魏征,但李淳风等人参与编写,据说其中的律历志三卷、天文志三卷都是出自李淳风之手。那么从上面所引的话可知,李淳风心中是把“幂”当成“数自乘”的。我没查到他的其它著作中有没有明确提出“幂者数自乘也”。

但《仪礼》及郑玄注、《周礼》都没有明确说这些“巾幂”是否必须是方形的。如果周朝正式场合用的这些巾幂可以是长方形的,那么刘徽用“幂”表示长宽相乘也不妨。如果周或汉代正式场合的巾幂必须是正方形的,那李淳风说得就正确。李淳风是道士,要做一些祭祀活动,对在这些正式场合用巾幂的规定想必是严守的。但不知,唐朝祭祀的规矩和周、汉代的规矩是否完全一致?

据说等到徐光启才正式用“幂”表示数自乘。利玛窦徐光启译欧几里得《几何原本》卷一近卷末处为“甲乙之幂”(即连接甲乙两点之线段的长度之幂)作注:“自乘之数曰幂”。这个注里,徐光启(更严格地,应说:利玛窦、徐光启)只说了幂的定义(事实上该定义只说了数的平方叫幂,并未涉及高次幂),但没说这是他(他们)的定义,也未说前人是否已有此定义。李淳风的说法也不是明确给出定义。那么,最早明确定义“数自乘叫幂”的是谁?最早明确定义高次幂的又是谁?

由此想到古人在昏暗的菜油灯下读全是文字叙述的数学书,近视或老花眼也没有眼镜,这需要多大的毅力和勇气。徐光启与利玛窦在译《几何原本》时(1606-1607)已经中进士,考选翰林院庶吉士。利玛窦尽管已有明朝廷俸禄,且在士大夫中影响甚大,毕竟只是传教士。据此书之四库全书版本来看,在译本署名上,徐光启大概很谦让,声称是利玛窦译,自己只是笔录。(最早版本之署名情况待考)。徐光启崇祯三年(1603)任礼部尚书,五年兼东阁大学士,六年加太子太保兼文渊阁大学士,同年病逝谥文定。他的地位应算很高了。清康熙年间编《四库全书》,主编纪晓岚等称此书“西洋欧几里得撰利玛窦译而徐光启所笔受也”。这个断语应当是根据徐光启自己的说法或署名方式而定的。古人的品格可见。

有意思的是纪晓岚等人作为《四库全书》总纂官(主编)为《几何原本》写的“提要”中,提到原作者只说了九个字“欧几里得未详何时人”。纪晓岚等人要在十三年中完成全书编定,工作量如此巨大,且承受巨大压力(据说编写者除纪本人外其他人多被皇帝罚得倾家荡产),当然没余力去查欧几里得资料。但他们也决不想当然,坚守事实就是,不知为不知。可以想象纪晓岚是很严谨的学者。坊间传言他在编《四库全书》时睡不着觉,熬红了眼,应是有的。但如采蘅之《虫鸣漫录》等添油加醋,编出那啥啥带色故事,则很无稽之谈了。

承蒙我的朋友数学家高木先生告诉我,日本老一辈数学家藤原松三郎在八十多年前由内田老鹤圃出版的《微分积分学》一书中是用“冖函数”的。传说是藤原要求出版商新刻活字“冖”来代替“幂”。藤原先生想必熟悉古文字,也知道《说文解字》有“冖”无“幂”,可能他希望还原最早的本字吧?九十多年前陈建功在东北大学读博,藤原是他的导师,想必两人常讨论古文字。现在日本数学界不用“冖函数”,通用的还是“幂函数”,也用“巾函数”,大概是因为“幂”有“巾幂”之意。

高木先生与同事用现代日语重写了藤原的《微分积分学》,仍由内田老鹤圃出版。这有助于让日本年轻一代记得老一辈数学家,是功德无量的好事。

藤原的《行列论》有中文版,萧君绎译,商务印书馆1936年刊行。不知藤原的《微分积分学》是否有中译本?

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