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從單表到雙表——重差術的方法論研究 (第 5 頁)

李國偉

 


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.原載於《中國科技史論文集》,聯經,台北,1995,pp.85-105
.作者任職於中央研究院數學研究所

註釋
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重差的變化

劉徽的思想是富於邏輯性的,前面引過他所謂「發其一端」的說法。當他把重差的基本公式列為《海島算經》的第一問時,應該是表示其後的諸問能由此式導出,最多只需輔以不失本率原則的運用。白尚恕 註10 曾經把這些推導的過程大部分還原,只留下第二問「望松」與第八問「望津」未加詳述 註11 。我們從吳文俊 註9 的證明可看出,在設定的範圍內,「望津」的證明能從「望松」導來。所以我們此地只證明「望松」,並請參看圖六。



圖六

「今有望松 (AB) 生山上 (BC),不知高下。立兩表(DEFG),齊高二丈,前後相去(EG)五十步,令後表(FG)與前表(DE)參相直。從前表卻行七步四尺(EH),薄地 (H) 遙望松末 (A),與表端 (D) 參合。又望松本 (B),入表二尺入寸(DJ)。復從後表卻行八步五尺(GI),薄地遙望松末(A),亦與表端(F)參合。問松高(AB)及山去表(CE)各幾何?

答日:松高十二丈二尺八寸。山去表一里二十八步七分步之四。

術日:以入表(DJ)乘表間(EG)為實,相多(GI - EH)為法,除之。加入表,即得松高。求表去山遠近者(CE),置表間,以前表卻行乘之為實,相多為法,除之,得山去表。」

我們假設由後表卻行點 I,薄地望松本入後表於 K 點,我們先證明 KG = JE 利用不失本率原則,可以導出:

\begin{displaymath}
\frac{KG}{BC} = \frac{IG}{IC} = \frac{FG}{AC} = \frac{DE}{AC}
= \frac{EH}{CH} = \frac{JE}{BC} \; ,
\end{displaymath}

KG = JE 。由 DEFG 兩表用重差公式,可得

\begin{displaymath}
AC = \frac{(EG \times DE)}{(GI - EH)} + DE \; ,
\end{displaymath}

JEKG 兩表用重差公式,可得

\begin{displaymath}
BC = \frac{(EG \times JE)}{ (GI - EH) } + JE
\end{displaymath}

兩式相減,便得松高,

\begin{displaymath}
AB = AC - BC = \frac{ (EG \times DJ) }{ (GI - EH) } + DJ
\end{displaymath}

山去表公式不必再證。

總而言之,利用重差公式與不失本率原則的巧妙運用,是梳理劉徽《海島算經》內在理路的最自然方法。其他利用複雜的出入相補,相似三角形比例運算,甚至畫平行線的證明,相較之下似乎都偏離正途太遠。

   

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編輯:李文威 最後修改日期:3/27/2004