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乾嘉學派與圓徑周率 (第 3 頁)

洪萬生

 

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.原載於科學月刊第二十二卷第九期
.作者當時任教於師範大學數學系
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董祐誠犀利的一劍

董祐誠字方立,江蘇陽湖(今常州市)人,少年時工為駢體文詞,繼通數理、輿地之學。晚清張之洞的《書目答問》(1875年)曾把他歸類為駢體文家和中西法兼用算學家。其實,我們光看他的算學著作如《割圜連比例圖解》(1819年)、《堆垛求積術》、《橢圓求周術》和《斜弧三邊求角補術》(後三種都撰於1821年),即可斷定他比較熱衷西學。

董祐誠的《割圜連比例圖解》,是在北京友人朱鴻處見到明安圖的《割圜密率捷法》第一卷抄本以後,「反覆尋繹,究其立法之原」而寫成的。《割圜密率捷法》第一卷納入「西士杜德美圓徑求周諸術」, 因此,董祐誠對於杜德美的 π 近似值當不陌生。然而,董祐誠在他的論文《圓徑求周辨》中,卻隻字不提杜德美,反倒是口口聲聲劉徽,利用劉徽的「割圓術」和它的改良形式「今割圓術」,來證明阮元、錢大昕、錢塘乃至李銳的謬誤!

在《圓徑求周辨》中,董祐誠開宗明義即稱:

圜三徑一古法也。自魏劉徽以割圜求周,歷代因之,至今日而愈密,雖屢求勾股,十數位以降,不能無差,然三一四一五九二六之率,則無可疑者。

接著,他引述阮元、李銳的「錢塘傳論」,並強調「以法考之,未敢信(錢氏之說)為密率也。」這是因為

塘之言,曰圜割為觚,名為周而非周,且不能無所棄,有所棄,則非全數矣!

至於

劉徽之術止於內容九十六觚,而設圜徑為二尺,忽以下直棄其餘,故其率失之少。

另一方面,董祐誠也指出:

今之割圜,則兼內容外切,用之至百億以上,內外之觚既同,則弧線亦不得不同。 且設徑為二兆,復有小餘二十七位,凡四十位,取數之密,無過此者。

因此,

謂徽術所求非圓周可也,謂今術所求非圓周不可也。 謂徽術三一四以下率未密可也,謂徽術三一四當易為三一六不可也。

為了強化他的辨駁,董祐誠按著提出具體的論證和計算:

圜外切觚,觚內之弧必小於觚,此人所共知者。如設徑為二兆,十乘開方,得周六兆三千二百四十五億五千五百三十二有奇,二十四析之,為二千六百三十五億有奇,較今割圓術所求外切二十四觚之一,已多二億。夫二十四觚出於六觚,乘除僅三次耳。圓徑為兆, 則億下小餘尚有三十五位,三次乘除,而四十位下餘分之棄,即差至三十五位以上,此必無之理。而謂觚內之弧能大於外切之觚者,尤必無之理也。

這兒董祐誠所謂的「今割圓術」,是指《數理精蘊》(清聖祖敕編)卷十五的內容。 其中在處理下列問題:

設如圓徑二兆,用外切六邊起算,問得圓周幾何?

時,該書編者(主要梅轂成負責)算得:

圓外二十四邊形之每一邊,為二千六百三十三億零四百九十九萬五千一百七十四。 (小餘七九一七○六九四三○五二九一四八一九四三四二○七一八四。)

根據錢塘之說,如取直徑 d=2 x 1012,則

\begin{displaymath}
\mbox{{\fontfamily{cwM0}\fontseries{m}\selectfont \char 198}...
...selectfont \char 182}}C = \sqrt{10d} \doteq 6324500005532 \: ,
\end{displaymath}

再作二十四等分,得

\begin{displaymath}
\frac{C}{24} \doteq 263500000000 \: .
\end{displaymath}

這段弧長按理應小於「圓外二十四邊形之每一邊」L24,然而依據「今割圓術」,

\begin{displaymath}
L_{24} \doteq 263304995174 \: ,
\end{displaymath}

因此,誠如董祐誠所注意到的,C/24L24「已多二億」亦即 「觚內之弧能大於外切之觚者,尤必無之理也。」

最後,董祐誠歸結道:

塘術既於理不通,則所謂徑丈之板,必未能合度,斯則輕改古經,惟憑私臆,無足取者。塘又謂數以十成,而權衡獨以十六,即方圓之理。舍實象而求空言,亦數學中之遁辭矣。

這樣的批判,雖然只是針對錢塘而已,但殃及錢大昕、阮元、李銳乃至整個乾嘉學派, 自是極有可能。可惜,由於我們無法知道《圓徑求周辨》的流傳情形,因此,它對乾嘉學派的損害程度,當然也無法估計。不過,我們也不要忘了從1800年開始,乾嘉學派似乎已經逐漸喪失它對中算研究的主導權。到了1820年代,以項名達為首的西法派,已足以和乾嘉學派的算學家分庭抗禮了。在這種情況下,乾嘉學派對董祐誠這犀利的一劍,大概也無暇反擊了。

   

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編輯:楊佳芳 / 校對:楊佳芳 最後修改日期:7/18/2002