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| 詩文 | 勾股容圓 |
| 釋義 | 勾股容圓今有勾八步,股一十五步。問勾中容圓徑幾何? 術(shù)曰:八步為勾,十五步為股,為之求弦。三位并之為法。以勾乘股,倍之為實。實如法得徑一步。 漢《九章算術(shù)·勾股》 【評】此為勾股形的內(nèi)切圓圓徑公式d=。勾股容圓問題在宋、元時發(fā)展為數(shù)學(xué)的一個重要分支,此為其濫觴。宋賈憲將其稱為“勾股求弦和較法”,蓋勾股所容圓之徑即為弦和較(a+b) - c。 勾、股相乘為圖本體,朱、青、黃冪各二①,倍之,則為各四[原本“圖”訛作“圓”,脫“倍”字,“則”下衍“田”字,參照戴震、錢寶琮校正]??捎卯嬘谛〖?,分裁邪正之會,令顛倒相補,各以類合,成修冪:圓徑為廣,并勾、股、弦為袤②。故并勾、股、弦以為法。 《九章算術(shù)·勾股》三國魏·劉徽注 [注]①從勾股形的內(nèi)切圓圓心向三邊引垂線,勾股形分成三 部分,其正方形(邊長為圓半徑)為黃冪,其馀兩部分分別為朱冪、青冪。則二個勾股形(即勾股相乘)有朱、青、黃冪各二。②此是說將四個勾股形重新組合成以圓徑為廣,以并勾、股、弦為從的長療形,其面積為2ab。 【評】此為劉徽所記用出入相補原理對勾股形內(nèi)切圓圓徑公式的證明。 又以圓大體言之,股中青必令立規(guī)于橫廣,勾、股又邪三徑均,而復(fù)連規(guī),從橫量度勾股,必合而成小方矣。又畫中弦①以觀其[原本作“規(guī)除”,依戴震校改]會,則勾、股之面中央各有[原本脫“各有”二字,依錢寶琮補]小勾股弦。勾之小股、股之[原本訛作“面面”,依意校正]小勾皆小方之面,皆圓徑之半。其數(shù)故可衰。以勾、股、弦為列衰,副并為法。以勾[原本“勾”上衍“小”字,李潢刪]乘未并者,各自為實。實如法而一,得勾面之小股,可知也。以股乘列衰為實,則得股面之小勾可知。言雖異矣,及其所以成法實[“實”上原本有“之”字,李潢刪],則同歸矣。 《九章算術(shù)·勾股》三國魏·劉徽注 [注]①中弦是過內(nèi)切圓圓心平行于弦的線段。 【評】劉徽在此用衰分術(shù)證明《九章算術(shù)》的勾股容圓徑公式。 則圓徑又可以表(原本“表”訛作“勾乘”,今校正)之差并:勾弦差減股為圓徑①;又,弦減勾股并,馀為圓徑②;以勾弦差乘股弦差而倍之,開方除之,亦圓徑也③。 《九章算術(shù)·勾股》三國魏·劉徽注 [注]①此即d=b-(c-a)。②d=(a+b)-c。 【評】這是劉徽提出的另外幾個勾股容圓圓徑公式。 問有圓城不知周徑,四門中開。北外三里有喬木。出南門便折東行九里乃見木。欲知城周徑各幾何? 術(shù)曰:以勾股差率求之①。一為從隅,伍因北外里,為從七廉。置北里冪,八因,為從五廉。以北里冪為正率,以東行冪為負率,二率差,四因,乘北里為益從三廉。倍負率,乘五廉,為益上廉。以北里乘上廉,為實,開玲瓏九乘方②。得數(shù),自乘為徑。以三因徑,得周。 宋·秦九韶《數(shù)書九章·測望類》 [注]①此為提示列方程的主要方法。勾股差率即以已知勾股差與弦之率所形成的勾、股、弦三率,源于《九章算術(shù)》已知勾股差與弦求勾股的“戶高多于廣”問。設(shè)弦率為p,勾股差率為q,則勾、股、弦三率為: 是為勾股數(shù)通式的另一種形式。②此謂求十次方程。x10+5kx8+8k2x6-4(l2-k2)kx4-16l2k2x2-16l2k3= 0的正根,其中北外為k,東行為l,x2為城徑。秦九韶將無未知 數(shù)的奇次冪的開方稱作開玲瓏某乘方。 【評】此相當(dāng)于洞淵九容中股上容圓問題,又是需用到勾股差率和開高次方的測望問題。同類問題,李冶用三次方程解決,秦氏所以列出十次方程者,蓋欲顯示可解高次方程。 凡大小差相乘為半段徑冪①;大差勾小差股相乘亦同上。虛勾乘大股得半段徑冪;虛股乘大勾亦同上。邊股叀股相乘得半徑冪;明勾底勾相乘亦同上。黃廣股黃長勾相乘為徑冪。高股平勾相乘得半徑冪。明弦明股并,與叀弦叀勾并相乘得半徑冪;明弦明勾并,與叀弦叀股并相乘,亦同上。 元·李冶《測圓海鏡》卷一 [注]①大差即勾弦差,小差即股弦差,此句即=(c-a)(c-b)。以下九句也都是用各勾股形中諸線段之積表示直徑或半徑,不再注。 【評】此是《測圓海鏡》卷一“識別雜記·諸雜名目”中的十個用諸勾股形線段之積表示圓徑的基本公式?!白R別雜記”含有692條,除8條外,都是正確的幾何公式,反映了宋元時代中國學(xué)者豐富的幾何知識。“識別雜記”是全書的理論基礎(chǔ),對李冶將已知數(shù)和未知數(shù)聯(lián)系起來,建立天元式,非常重要。而“諸雜名目”包括若干定義和定理,又是“識別雜記”的理論基礎(chǔ),因而是全書的綱紀。 假令有圓城一所,不知周徑。四面開門,門外從橫各有十字大道。其西北十字道頭,定為乾地,其東北十字道頭,定為艮地,其東南十字道頭,定為巽地,其西南十字道頭,定為坤地。所有測望雜法,一一設(shè)問如后。 元·李冶《測圓海鏡》卷二 【評】此為《測圓海鏡》170問的總題設(shè):正方形乾坤巽艮容一圓,圓與十五個勾股形的各種關(guān)系,由此展開。此處,李冶創(chuàng)造了用漢字表示幾何圖形的點的方法,與西方用字母表示點,異曲同工,是個大進步。 法曰:此為勾上容圓①也。以勾股相乘,倍之為實。并勾、股冪以求弦,加入股,以為法。 元·李冶《測圓海鏡》卷二 [注]①勾上容圓即圓心在勾上且切于弦和股。其直徑d=。 法曰:此為股上容圓①也。以勾股相乘,倍之為實。以勾、股冪求弦,加入勾,以為法。 元·李冶《測圓海鏡》卷二 [注]①股上容圓即圓心在股上且切于弦和勾。其直徑d=。 法曰:此為勾股上容圓①也。以勾股相乘,倍之為實,并勾、股冪,如法求弦,以為法。 元·李冶《測圓海鏡》卷二 [注]①勾股上容圓即圓心在勾、股交點且切于弦。其直徑d= 法曰:此為弦上容圓①也。以勾股相乘,倍之為實,以勾股和為法。 元·李冶《測圓海鏡》卷二 [注]①弦上容圓即圓心在弦上且切于勾、股。其直徑d= 法曰:此為勾外容圓①也。以勾股相乘,倍之為實,以弦較共為法。 元·李冶《測圓海鏡》卷二 [注]①勾外容圓即切于勾及股、弦的延長線者,其直徑d= 法曰:此為股外容圓①也。以勾股相乘,倍之為實,以弦較較為法。 元·李冶《測圓海鏡》卷二 [注]①股外容圓即切于股及勾、弦的延長線者。其直徑d= 法曰:此為弦外容圓①也。勾股相乘,倍之為實,以弦和較為法。 元·李冶《測圓海鏡》卷二 [注]①弦外容圓即切于弦及勾、股的延長線者。其直徑d= 法曰:此外勾外容圓半①也。以勾股相乘,倍之為實,以大差為法。 元·李冶《測圓海鏡》卷二 [注]①勾外容圓半即圓心在股的延長線上且切于勾、弦的延長線。大差即勾弦差。其直徑d= 法曰:此為股外容圓半①也。以勾股相乘,倍之為實,以小差為法。 元·李冶《測圓海鏡》卷二 [注]①股外容圓半即圓心在勾的延長線上且切于股、弦的延長線。小差即股弦差。其直徑 【評】以上九個公式及李冶列在此九個公式前面的《九章算術(shù)》勾股容圓公式,是《測圓海鏡》的十種基本容圓公式。李冶說,他的《測圓海鏡》是在洞淵九容的基礎(chǔ)上演繹而來的,清末李善蘭認為,洞淵九容之術(shù)即以上九個公式,也有人認為九容包括勾股容圓而無弦上容圓。 |
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