历史

隙积术和会圆术(1/2)

    沈括是一位卓越的数学家,他在数学的许多领域内都取得了辉煌的成就,如本则笔记所记的隙积术和会圆术就是他的两大重要研究成果。

    隙积术是用来计算诸如累棋、层坛、积罂(堆砌的酒坛子)一类堆垛物体的体积公式,其中包含了高阶等差级数的计算公式。沈括的研究开了中国垛积术研究的先河。后来,南宋时期的数学家杨辉发展了这一成果,创造了垛积术公式。

    会圆术是计算圆弧的弦、矢(弧的高)与孤长间数量关系的数学公式。在我国数学史上,沈括第一个利用弦、矢求出了孤长的近似值。这一公式为元代郭守敬创制《授时历》提供了直接的数学依据。

    沈括的数学成就赢得了中外科学家的高度赞扬。日本数学家三上义夫在其《中国算学之特色》一书中,称赞他是世界数学史上独一无二的杰出人物。客观地看,这一评价基本上还是符合事实的。

    算术求积尺之法,如刍萌【刍萌】长方楔形物体。刍,音chú。 、刍童【刍童】底面为长方形的四棱台形物体。、方池、冥谷【方池、冥谷】一种上底面大于下底面的四棱台形物体,它的形状类似于过去升斗一类的容器。、堑堵【堑堵】一种底面为长方形,二侧面与底面垂直,另两个侧面与底面斜交的四棱台形物体。它的形状像一堵土墙,故称为堑堵。、鳖臑【鳖臑】三棱锥形物体。臑,音nào。、圆锥、阳马【阳马】四棱锥形物体。之类,物形备矣,独未有隙积【隙积】把形状相同的物体有次序地堆积起来构成的堆垛体。一术。古法:凡算方积之物,有立方,谓六幕【六幕】指长方体的六个面。 皆方者,其法再自乘则得之。有堑堵,谓如土墙者,两边杀【杀】收缩,并拢。,两头齐。其法并上下广折半以为之广,以直高乘之【“其法并上下广”句】这是求“堑堵”侧面积的一个公式。广,边长。直高,梯形的高,在堑堵中它同时又是棱台的高……又以直高为股,以上广减下广,余者半之为勾,勾股求弦,以为斜高。有刍童,谓如覆斗者,四面皆杀【四面皆杀】指刍童形状物体的四个侧面都是下底长、上底短的梯形,其形状都向上缩小……其法倍上长加入下长,以上广乘之,倍下长加入上长,以下广乘之,并二位,以高乘之,六而一。隙积者,谓积之有隙者,如累棋、层坛及酒家积罂【罂】坛子。罂,音yīnɡ。之类。虽似覆斗,四面皆杀,缘有刻缺【刻缺】指堆垛体边缘的空缺。及虚隙之处,用刍童法求之,常失于数少。予思而得之:用刍童法为上位,下位别列,下广以上广减之,余者以高乘之,六而一,并入上位。(假令积罂:最上行纵横各二罂,最下行各十二罂,行行相次。先以上二行相次,率至十二,当十一行也。以刍童法求之,倍上行长得四,并入下长得十六,以上广乘之,得之三十二,又倍下行长得二十四,并入上长,得二十六,以下广乘之,得三百一十二,并二位得三百四十四,以高乘之,得三千七百八十四。重列下广十二,以上广减之,余十,以高乘之,得一百一十,并入上位,得三千八百九十四。六而一,得六百四十九,此为罂数也。刍童求见实方之积,隙积求见合角【合角】把堆垛体截出一个棱台,再把截剩的角部分加以拼合而成的部分。不尽,益出羡积【羡积】多出的体积。也。)履亩之法,方圆曲直尽矣,未有会圆之术【会圆之术】沈括的一种已知弧的直径和弧形的高,求弧形的弦长和弧长的方法……凡圆田,既能拆之,须使会之复圆。古法惟以中破圆法【中破圆法】古代计算圆形或弧形的一种方法。拆之,其失有及三倍者。予别为拆会之术:置圆田,径【径】圆弧的直径。半之以为弦【弦】直角三角形的斜边。,又以半径减去所割数【所割数】这里指圆弧的高,古代又称为矢。,余者为股,各自乘,以股除弦,余者开方除为勾,倍之为割田之直径【直径】这里指圆弧的弧长……以所割之数自乘倍之,又以圆径除所得,加入直径,为割田之弧。再割亦如之,减去已割之弧,则再割之弧也。(假令有圆田,径十步【步】古代的长度单位,约相当于现代的五公尺。,欲割二步,以半径为弦,五步自乘得二十五,又以半径减去所割二步,余三步为股,自乘得九,用减弦外,有十六,开平方,除得四步为勾,倍之为所割直径。以所割之数二步自