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論《周髀算經》「商高曰數之法出於圓方」章 (第 3 頁)

李國偉

 


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.原載於《第二屆科學史研討會彙刊》,中央研究院,1989年,227-234頁
.作者任職於中央研究院數學研究所

註釋
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舊證

一般既然把趙爽證明勾股定理的方法理解為《周髀算經》的原證,現在應該來看看與我們的看法出入多大。

趙爽的證明載於「勾股圓方圖」,他說:「案弦圖又可以勾股相乘,為朱實二,倍之,為朱實四。以勾股之差自相乘,為中黃實。加差實一,亦成弦實。」另外,趙爽在注解「既方之外,半其一矩」時也涉及這個證明,但因這段話可對照「弦圖」來看,應該是比較更明確的證明。



圖五

弦圖據各舊本都與圖五中宋嘉定本的圖相同。但錢竇琮認為與趙注不合,而將弦圖分為如圖六中的四圖。另外又加繪了圖六的并實圖。這些圖用來輔助說明自然無可厚非,但用來取代原圖,似乎大可不必。其實「勾股圓方圖」一段文字中只出現過兩個「圖」字,一次便是上引的「案弦圖……」,另一次是「以圖考之,倍弦實滿外大方而多黃實。」這兩次的解說都可利用同一弦圖,只不過頭一次只有效利用到中間的四朱一黃的部分,此時底下的小方格可看做類似繪圖方眼紙的作用,沒有必要分解為錢寶琮的「弦圖一」與「并實圖」。至於宋本中的「左圖」「右圖」顯然是甄鸞所繪。因為只有在他的注文中提到這兩幅圖,並且他在檢驗「滿外大方七七四十九」時,反而不再說明「以圖考之」的圖到底是那一圖,可見原來只應有一個圖。也正因為錢寶琮的「弦圖二」「弦圖三」「弦圖四」並不見於趙爽注文,因此甄鸞根本沒有看懂相關的推演,而且給了「左圖」「右圖」這些曲解原意的東西。



圖六



圖七

一般理解趙爽證明最自然的步驟,正如圖七所示,並列勾實與股實,適當的把兩個與原直角三角形全等的三角形搬上去,連同中央以勾股差為邊的方形,便組合成了弦實。趙爽的證明雖然簡妙,但是與他注「商高曰」一章的文字配合起來看,似乎未能完全扣緊《周髀算經》的原文精神。例如注「故折矩」時他說:「故者申事之辭也。將為勾股之率,故曰折矩也。」,並沒有把「折」的意思講透徹。原文「折矩」一定是把某個矩形等分開,因為緊接著用「廣」用「脩」,都是由矩形度量單位引過來的稱呼法。特別是「徑隅五」的「隅」專指已經形成的角,因為連接矩形中相對兩頂角,才叫做「徑隅」。既然有了這麼一個當做出發點的矩形,在續文中總應該發生點作用,但從趙注中是看不出來的。這是趙注的一個缺失。再如趙爽解「既方其外」時,只說「先各自乘,成其實,實成勢化,爾乃變通。」著重在求自乘的代數運算,至於方在什麼外面的幾何問題就不曾說明。接下去趙爽對「半其一矩」更是自說自話,完全沒有講清楚半那個矩,這也造成各家對此段話的標點法相當有出入的後果。陳遵媯在《中國天文學史》第一冊中的斷法最能配合圖七的證明:「或并勾股之實,以求弦;弦實之中,乃求勾股之分。并實不正等,更相取與,互有所得,故曰半之一矩。」特別強調勾實與股實相并,沒有完全等於弦實,所以在弦實中求勾實與股實的適當分配,才會發生「更相取與,互有所得」的現象。趙爽雖然說明了自己思想的途徑,但是從《周髀算經》的原文實在看不出有多造一個中黃實的必要。

總而言之,趙爽的證明是一個巧思簡妙的傑作。如果不嚴格講究邏輯的精確性,在幾何的直觀上遠勝於歐幾里得 (Euclid) 的《幾何原本》。但是我們可以有更契合《周髀算經》原文的證明法,而其自然與精簡的特質,並不遜色於趙爽的證明。

   

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編輯:李文威 最後修改日期:3/27/2004