從單表到雙表——重差術的方法論研究 (第 6 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 •對外搜尋關鍵字 |
單表度日所依賴經驗性寸影千里假設被雙表景差取代後,所得的重差公式雖然在幾何學上是正確的,但是如果水平大地的假設有問題,譬如說大地有絕對的傾斜度,則類似圖三所示的情形一旦發生,重差公式就得不出正確的日下距離。根據《周髀算經》卷下的宇宙模型看來,不得不考慮傾斜面上的重差術。唐朝李淳風在陳子答榮方那段話之後的按語中說:「以理推之,法云天之處心高於外衡六萬里者,此乃語與術違。勾六尺,股八尺,弦十尺,角隅正方自然之數。蓋依繩水之定,施之於表矩。然則天無別體,用日以為高下。術既隨平而遷,高下從何而出。語術相違,是為大失。」李淳風因此將重差術加以變化,他說:「然地有高下,表望不同,後六術乃窮其實。」特別是前四術:前下術,後下術,邪下術,邪上術都是針對斜面大地所設計的。以往研究重差術的論文幾乎都沒有注意李淳風的這些成果。最近傅大為在〈論《周髀》研究傳統的歷史發展與轉折〉註12 一文中,有相當精闢的論述,此地不再重複他對前下術、後下術的說明。但在討論邪下術,邪上術時他引用了一般平行四邊形的性質,並且把「勾中容橫,股中容直,二積皆同」的原則擴充到平行四邊形。這種說法似乎脫離了當時幾何學知識的背景,因此我們特以邪下術為例,重新加以推演。 「第三,邪下術。依其北高之率,高其勾影,令與地勢隆殺相似,餘同平法。假令髀邪下而南,其邪亦同,不須別望。但弦短與勾股不得相應。其南里數亦隨地勢,不得校平,平則促。若用此術,但得南望。若北望者,即用勾影南下之術,當北高之地。」
在圖七中假想地面 (LK) 與絕對水平面 (LO) 間有一個傾斜角存在,而等長的兩表 DF 與 HJ 是垂直於 LO 。如果 A 代表太陽,則現在表間是 FJ 。高其勾影到傾斜的地面後,景差是 JK - FG 。既然餘同平法,套用重差的公式,便應該有
我們可以證明這兩個式子確實是對的,並且我們用的方法應該不超過不失本率原則的範圍,如此才比較像是李淳風知識背景中能力所及的事。
首先我們分別由 A,D,H 向地面 LK 作重線,交於 B,E,I 三點。我們要證明 DE = HI。我們可以把勾股形 , 翻轉到下方的勾股形中,也就是使
與 全等,
與 全等。適當的利用不失本率原則,可得下列各式:
因為 DF = HJ ,故 DE = HI。我們把 DE 與 HI 看作垂直地面的等長兩表,利用標準的重差公式便有 所以 假如我們把勾股形 翻轉到勾股形 中,從不失本率原則可看出: 但是 與前式合併可導出 於是 即所求斜面日高公式 要證明日遠公式,先由 G 向 AM 與 DN 下垂直線,交於 P,Q 兩點。用標準的重差日遠公式,可有 所以我們只要證明 BE / EG = CF / FG,就得證斜面日遠公式。適當利用不失本率原則,可有 便得證所求等式。 劉徽變單表為雙表,使得重差術脫離寸影千里的經驗假設,在方法論的基礎上更形完備。而李淳風能把地面傾斜的因素納入重差術,相當程度弱化了平面大地的假設。在這兩類非幾何學假設被取代或弱化後,重差術似乎成了量天度日的最佳工具。
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編輯:李文威 | 最後修改日期:3/27/2004 |