近代科学家李善兰

近代科学家李善兰

李善兰（1811—1882），原名心兰，字竟芳，号秋纫，别号壬叔①。浙江海宁县人。中国微积分学的先驱，近代科学的先行者。

①《张季子九录·诗录》。

第一节雅志说算术，心志穷专一

浙江省海宁县，位于钱塘江口，杭州湾北岸。这里气候温和，土地肥沃，雨量充沛，物产丰富，是一个山清水秀的鱼米之乡。县境内东北部的硖石镇，沿河两岸有审山、紫微山之胜，俗呼东山、西山，灵秀所钟，代有传人。山下有一李姓读书世家，溯其先祖，乃南宋末年京都汴梁（今河南开封）人李伯翼，他一生读书谈道，不乐仕进。元初，因其子李衎举贤良方正，授朝请大夫嘉兴路总管府同知，迎养来浙，旋即定居硖石。五百年来，传至十七世孙，名曰李祖烈，号虚谷先生，乃经学名儒。李祖烈初娶望海县知县许季溪的孙女为妻，不幸许氏早逝；继娶妻妹填房，又病故。后续弦崔氏，系名儒崔景远之女，知书达理，性情贤淑。婚后二人感情甚笃，相敬如宾。1811 年1 月2 日凌晨子时，崔氏生下一子。斯时，李祖烈已年逾40，中年得子，欣喜若狂。他捋着唇边不多的几根胡须，一眼瞥见案头平素最心爱的一盆兰花，正早早地开出了几朵淡红色的花星星儿，竞吐芬芳，于是给刚刚呱呱下地的胖儿子取名叫心兰，字竟芳。这个孩子，就是日后成为我国近代科学先驱者的李善兰。

心兰自幼就读于私塾，改取庠名善兰。他资禀颖异，勤奋好学，于所读之诗书，过目即能成诵。

9 岁那年，有一天他从父亲的书架上取下来一本古书，一看封面，“九章算术”四个大字赫然映入眼帘。他平时接触的都是四书五经，还从来没有见过数学书呢。打开书本一看，没有“子曰”，没有“之乎者也”，却有什么“方田”、“粟米”、“方程”、“勾股”之类的词儿，令他感到十分新奇有趣。从此他便迷上了数学。

到他14 岁的时候，又靠自学读懂了欧几里得《几何原本》前6 卷。这是明末徐光启（1562—1633）和利玛窦（M.Ricci，1552—1610）合作翻译的古希腊数学名著。书中欧氏几何学严密的逻辑体系、清晰的演绎推理，与偏重实用解法和计算技巧的中国古代传统数学异其旨趣，自有它的特色与长处。李善兰在《九章算术》的基础上，又吸取了《几何原本》的新鲜血液和养料，这使它的数学造诣日趋精深。

又过了几年，作为州县的生员，李善兰到省城杭州参加乡试，结果因做不好八股文章，未曾中举。虽落第而归，但却在杭州的书坊摊头买到了金元数学家李冶关于“天元术”的名著《测圆海镜》以及清初学者戴震的《勾股割圆记》，带回家来，仔细研读，数学水平有了更大的提高。

海盐人吴兆圻《读畴人书有感示李壬叔》诗中说：“众流汇一壑，雅志说算术。中西有派别，圆径穷密率。”“三统探汉法，余者难具悉。余方好兹学，心志穷专一。”①李善兰很重视从实践中学习数学和天文知识，他的经学老师陈奂说他“熟习九数之术，常立表线，用长短式依节候以测日景，便于稽考”①。

①《海宁州志稿》、《清史稿》、《畴人传》及其后诸书均误作“李善兰，字壬叔，号秋纫”，今据原始资料《苞溪李氏家乘》（祠堂藏版，1890）卷六改。

①《硖川诗续钞》卷五。

有一次，李善兰与学友们同游东山。有人问他东山有多高？他立即从地上拾起一根草芥，平伸手臂，眯着眼睛，沿着草芥顶端对准东山一瞄，随即脱口而出：“二十六丈！”同行者无不惊讶。原来他是用相似勾股形对应边成比例的原理目测心算算出了东山的高度。

李善兰结婚那天的晚上，要拜堂了，却不见了新郎，大家都很着急。他的二弟心梅和小弟心

葵却心中有数，他们跑上二楼的阁楼上一看，大哥正猫着身子，探头于窗外，聚精会神地看着天上的星星呢！原来李善兰为了研究数学和天文历法，平时经常独自上东山，观测象纬■次。当晚，他来不及上山去了，只好跑到阁楼的窗台上进行每天例行的天象观测。

第二节朝廷养兵本卫民，临敌不战为何哉

1840 年，李善兰29 岁的时候，鸦片战争爆发了。帝国主义侵略者用鸦片和大炮轰开了中国的大门。从此，中国由一个独立的封建帝国，一步一步地沦为半封建半殖民地的国家。

1842 年5 月，英军攻陷江浙海防重镇乍浦。乍浦离李善兰的家乡硖石只有几十里的路程。他耳闻目睹了侵略者烧杀淫掠的血腥罪行，满怀悲愤，奋笔疾书《乍浦行》一诗：“壬寅四月夷船来，海塘不守城门开。官兵畏死作鼠窜，百姓号哭声如雷。夷人好杀攻用火，飞炮轰击千家灰。..饱惊十日扬帆去，满城尸骨如山堆。朝廷养兵本卫民，临敌不战为何哉？”②鲜明地表达了他对侵略者的刻骨仇恨，对老百姓的深切同情，对清政府临敌不战的强烈谴责，以及他对敌主战的坚决态度。

人民群众不堪忍受侵略者的凌辱。当时有一个名叫刘七姑的女子，在敌人的淫威面前，宁死不屈，投井自尽。李善兰写了一首民歌体裁的《刘烈女》诗①：夷船海上来，将军不敢守。

炮声一震魂魄丧，骑马掩耳出城走。

呜呼！将军性命重如此，烈女乃于井中死。

用通俗明白的语言对比描绘“将军”和“烈女”的形象，褒贬爱憎的感情色彩何其鲜明！李善兰还在《汉奸谣》②一诗中痛斥那些“割民首级争献功”的民族败类，对于“街头义勇捉汉奸”、“为尔良民一雪仇”的举动则表示欢欣鼓舞，拍手称快！

鸦片战争血淋淋的事实，激发了李善兰忧国忧民和科学救国的进步思想。他说：“呜呼！今欧罗巴各国日益强盛，为中国边患。推原其故，制器精也；推原其制器之精，算学明也。”③为了国家的强盛，他希望“异日人人习算，制器日精，以威海外各国”④。从此，他自己便身体力行，在家乡刻苦从事数学研究工作。

②陈奂：《师友渊源记》。

①李善兰：《听雪轩诗存》，汲修斋校本，北京图书馆藏。

②李善兰：《听雪轩诗存》，汲修斋校本，北京图书馆藏。

③李善兰：《听雪轩诗存》，汲修斋校本，北京图书馆藏。

④李善兰：《重学》序，1866 年。

第三节步算中西独绝伦，小李将军算法奇

1845 年前后，李善兰在嘉兴陆费家设馆授徒，得以与江浙一带的学者（主要是数学家）顾观光（1799—1862）、张文虎（1808—1885）、汪曰桢（1813—1881）等人相识，他们经常在一起讨论数学问题。此间，李善兰有关于“尖锥术”的著作《方圆阐幽》、《弧矢启秘》、《对数探源》等问世。

李善兰的尖锥术，可以说是具有中国传统数学特色的解析几何和微积分。由于清政府长期奉行闭关自守政策，包括微积分学在内的西方近代科学一直未能传入中国。当时的中国数学界，除了见到零星几个由传教士带进来的三角函数无穷级数表达式和对数计算方法之外，其余则一概不知。就是这些公式和方法，也只有结论，没有推导的过程和计算的原理。在这种情况下，李善兰异军突起，独辟蹊径，通过自己的刻苦钻研，在中国传统数学中垛积术和无穷小极限方法的基础上，发明尖锥术，不仅创立了二次平方根的幂级数展开式，各种三角函数、反三角函数和对数函数的幂级数展开式，而且还具备了解析几何思想和一些重要定积分公式的雏型。这是非常了不起的成就。