第五章 勾股测望
第五节 重差
目录
第一章 中国古代数学综述
第二章 记数法与计算工具
第二章 记数法与计算工具
第三章 算术运算
第三章 算术运算
第四章 面积与体积
第四章 面积与体积
第五章 勾股测望
第五节 重差
第六章 线性方程组解法
第七章 高次方程数值解法
第七章 高次方程数值解法
第八章 天元术与四元术
第八章 天元术与四元术
第九章 垛积招差
第十章 不定问题
第十一章 无穷小分割思想
第十一章 无穷小分割思想
第十二章 中国古代数学的特征与意义
第十二章 中国古代数学的特征与意义
第十二章 中国古代数学的特征与意义
附录
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其中“表间/景差”是两个差之比,故称为重差术,如图24。戴日下即太阳直射大地之点。这两个公式基于天圆地方、大地为平面的盖天说,不符合实际,但在数学理论上是正确的。《海岛算经》第一问为测望一海岛的高远,其方法、公式与上述日高术完全相同,即所谓重表法。此岛高4里55步,合今1792.14米(以魏尺23.8厘米入算),距大陆的测望点102里150步,合今43911米。
重差方法是从测太阳高远发展起来的。西汉刘安《淮南子》便有这种方法的雏形。刘徽认为《九章》的测望对象都是端旁互见的没有超邈如太阳之类。他发展99lib.net完善了重差术,在《九章算术注序》中指出“凡望极高,测绝深而兼知其远者必用重差、勾股,则必以重差为率”。概括出测日高、远的公式:在洛阳的平地南北方向上立两根表,高8尺。同一天中午测量两表的影子,“以景〔ying,同影〕差为法,表高乘表间为实,实如法而一。所得加表高,即日去地也。以南表之景乘表间为实,实如法而一,即为从南表至南戴日下也”。此即:日高=(表高×表间)/景差+表高,表至戴日下=(南表景×表间)/景差。

图26 累矩法
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连索法是重差术的另一种主要方法。《海岛》第3问是南望方邑,竖立两表,与人同高,东西距6丈,以索连之,使东表与城邑的东南角、东北角成一直线。从东表向北走5步,望城邑的西北角,入索东端2丈2尺6½寸,向北走13步2尺,恰恰与西表、城邑西北角成一直线,问邑方及表到城邑的距离是多少?如图25。刘徽先求:景差=(入索&tim九_九_藏_书_网es;后去表)/表矩,则:邑方=入索(后去表-前去表)/(景差-前去表),邑去表=前去表(后去表-景差)/(景差-前去表)
中国沿海无这样的海岛,笔者认为,刘徽是以泰山(1536米)为原型,假托成海岛,以成为端旁不可互见的对象。刘徽曾说:圆穹的天都可以测望,“又况泰山之高与江海之广哉?”事实上,上述数据比历代史籍关于泰山高度的记载都精确得多,也比清代学者用重差术的测望结果准确得多。
刘徽提出:“度高者重表,测深者累矩,孤离者三望,离而又旁求者四望。”(《九章算术注·序》)传本《海岛算经》除上述三个问http://www.99lib•net题要二次测望外,第2、5、6、8四题要三次测望,第7、9二题要四次测望。中国的重差术到刘徽可谓大备,后来秦九韶等在测望方法上有所改进,但从数学理论上说,在明末西方数学传入之前,没什么新的突破。这些测望公式是怎么证明的,由于刘徽自注及图已失,不得而知,后人颇多探讨。有人认为用相似勾股形对应边成比例的原理,有人认为用面积出入相补原理,从中国的数学传统和当时的数学水平看,两者都是可能的。而刘徽注对复杂的问题,则常常是两者并用。
累矩法是重差术的又一主要方法。第4问是测望一深谷,将矩放在深谷的岸上,矩之勾高6尺,从勾顶端望谷九-九-藏-书-网底,入下股9尺1寸,又将此矩向上移3丈,从勾顶望谷底,入矩之股(称为上股)8尺5寸,问谷深多少?如图26,刘徽给出公式:谷深=勾矩×上股/股差-勾。

图24 重表法

图25 连索法
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