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数学江湖中的“独孤九剑”

大数据实验室  · 公众号  · 大数据  · 2018-05-04 07:30

正文

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263年,刘徽著作了《九章算术注》,而《海岛算经》就是其中的第十卷。直到唐朝时,《海岛算经》才开始单独作为一部著作出现。这部书是中国最早的一部测量学著作,测量的都是与高和距离的问题。因此,有人说它是三角法的起源,但这其中并未涉及相关的理论和知识点。这部书一共有九个关于测量计算高远深广的问题,且都是采用表尺从不同的位置测望,然后取得这些测望值的差距,通过这些差距再来计算山高等距离问题。而在这些计算中,所运用的方法是筹算。因为这些问题中的第一个问题与海盗有关,所以这部书被取名为《海岛算经》。

这部书,在唐初时单独成册,后来又被收录进了一部百科全书式的文献集中。幸运的是,经历了千年的颠簸,这部书没有消逝在时间的长河里,如今被妥善的保管着。遗憾的是,虽然这部书没有失传,但是却没能留存于国内,而是被保存于英国剑桥大学图书馆。

有人曾指出,《海岛算经》让中国的测量学达到了巅峰,其测量术比欧洲早了整整一千四百年左右,可见古代中国测量学的先进。


(五)九章算术


《九章算术》作者不详,师承不明,无门无派,身世神秘,仿佛天外飞仙般突然降临江湖,一出现便惊艳了众生,引得历代名家尽折腰,甘愿殚精竭虑,纷纷为之作注,九章之学,遂成大宗。


剑有剑招,算有算题,“独孤九剑”须得从一招一招练起,《九章算术》也得从一题一题做起。整部《九章算术》说到底就是一本算题集,共列举了二百四十六道算题,每题皆有问有答有解。这又好比二人对剑,一人出招,一人接招,至于如何见招拆招,则全赖“九术”之妙用。


看来欲有所进境,是非动手不可了。不妨就从每章各抽一题,以期略尽管窥之责。



箕田求积


今有箕田,舌广二十步,踵广五步,正从三十步,问为田几何?(方田章)


这正是方田术最擅长的面积计算问题,由于常跟“田”打交道,故而“田”也就自然成为了各类图形的代称,诸如:“方田”指矩形,“圭田”指等腰三角形,“邪田”指直角梯形,“箕田”指等腰梯形,“圆田”指圆形,“宛田”指球冠形,“弧田”指弓形,“环田”指环形等等。不同的“田”有不同的面积计算公式,遂又衍生出种种专语,诸如:“广”为长,“从”为宽,“正从”为高,“舌”为上底,“踵”为下底,“周”为周长,“径”为直径等等。通晓了这些行话般的代称专语,修炼起方田术来,才能事半而功倍。


箕田术示意图


本题所求为箕田面积,“箕田术曰:并踵舌而半之,以乘正从”,翻译过来即:


等腰梯形面积=1/2×(上底+下底)×高


这个公式是不是很亲切?遥想幼学当年,稚气犹未了,强记硬背,百遍后,倒也滚瓜烂熟。在此直接套用即可:


箕田面积=1/2×(20+5)×30=375步


汉制二百四十步为一亩,故答曰:“一亩一百三十五步。”



以粟换米


今有粟一斗,欲为粝米,问得几何?(粟米章)


国以农为本,民以食为天,粮食在古代不但是赋税的大宗,交易时更堪比金银等硬通货,因此粮食的兑换和折算问题,一直是朝廷和官府的头等大事。〈粟米章〉开篇就明示“粟米之法”,列出了二十种谷物及米饭的换算比率,相当于一份汉代的粮食换算表,即以本题而言,粟率五十,粝米率三十。


粟是中国北方主要的粮食作物,俗称“谷子”,去壳后俗称“小米”,粝米就是糙米。本题的意思是,根据“粟米之法”所列的比率,问一斗谷子能换多少糙米?








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