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益古演段

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四庫全書知不足齋叢書《益古演段》書影

益古演段》是李冶的一部數學著作。「益古」指蔣周的《益古集》,「演段」指蔣周的算書《益古集》中的條段法。基本上都是已知平面圖形的面積,求圓的半徑、正方形的邊長和周長等等。書中先用天元術建立方程(多數是二次方程),再用條段法旁證。

題目的格式,分四部分:「法曰」、「條段圖」、「依條段求之」、「義曰」、和「舊術曰」。

  • 法即天元法,
  • 條段圖和條段法是蔣周《益古集》的方法,
  • 義就是文字說明,
  • 舊術是《益古籍》中的方法,
  • 依條段求之指用條段法證明天元術。

四庫全書所收知不足齋叢書《益古演段》三卷,一共64問。

卷上

卷上 第一問至第二十二問,全是關於正方形和圓形的問題。

例子:第八問:今有方田一段,內有園池水占之。外有地一十三畝七分半。只雲內外方圓周共相和,得三百步。問方圓周各多少?

答曰:外方周二百四十步,內圓周六十步。

法曰:立天元一為圓徑,以三之為圓周,以減共步,得

為方周,以自增乘,得

(天元:相當於未知數 x)

十六段方田積於頭,再立天元圓徑以自之又十二之,得

為十六個圓池積以減頭位得

為十六段如積,寄左然後列真積一十三畝七分半,以畝法通之得五萬二千八百步,與左相消得

開平方為圓池徑,又三之為圓池周。

卷中

第二十三問至第四十二問,共20 問,解長方形和圓形的問題。

例題:第三十六問

今有圓田一段,中有直池水占之,外計地六千步。只雲從內池四角斜至四楞各一十七步半。其內池長闊共相和得八十五步。問三事各多少?

答曰外田徑一百步,池長六十步,闊二十五步。

法曰 (天元術):立天元一位內池斜角,加二倍池角到圓池的距離為圓的直徑

圓直徑:

太 (常數項)
(天元:相當於未知數 x)

圓直徑= x+35


將近似圓周率 3 乘圓直徑的平方 得圓面積的四倍= = 3 =

四段圓面積:

太(常數項)
元(x)
項)

四段圓面積減去四倍土地面積得池面積的四倍=- 4 x 6000 =

四段池積:

元(x)
項)

池長闊之和 85的平方

(7225)

等於 四段池面積加 一段較(水池長與闊之差)冪(平方)

又二段池面積 加一段較冪 等於 長的平方加闊的平方 等於

水池對角線冪(對角線長度的平方):

元 (x)

(四池積 + 較冪) -(二池積+ 較冪) = 二池積 = 7225-

(7225)

二段池積 乘二 = 四段池積:

與上四段池積:

元(x)
項)

合併得一元二次方程式 :

解之得池對角線長度為65步

圓直徑= 65 + 2 * 17.5 = 65+35=100

較 = 長 - 闊 =35步 長 +闊 =85

由此 池長=60 步 池闊 =25 步

卷下

第四十三問至第六十四問,共22 問,是關於比較複雜的圖形。

第五十四問:今有方田一段,內有直池結角占之;外計地一千一百五十步只雲從田角至水兩邊各一十四步,一十九步;問三事各多少?

答曰:方四十五步,池長三十五步,闊二十五步。


法曰:設天元一為池闊:x

池闊加田角到池邊距離的2倍 (38步)等於 方田對角線的長度:x+38

取平方得展田(以方田對角線為邊的正方形)面積

又池長-池闊 = 2 (19-14) = 10

池長 = 池闊 +10:x+10

池面積 = 池闊 乘 池長:x(x+10) =

池面積 乘 1.96 ( 的平方 =1.96) 得

展田面積 - 池面積 乘 1.96得地積乘1.96:

-

占地 乘 1.96 =1150 * 1.96 =2254=

由此得 =

解方程得 池闊 25步 由此得 池長 =池闊 +10 =35步 放田邊長 =45 步




李冶在出版《測圓海鏡》之後,撰寫《益古演段》,將抽象的代數方法(天元術)和直觀性強的幾何方法(條段法)相結合來闡述問題,圖文並茂,便於學習天元術,使此書成為當時受人們歡迎的數學教材。蔣周的《益古集》已失傳,《益古演段》成為保留最詳盡的條段法資料的文獻。

1902年英國倫敦會傳教士偉烈亞力在1902年上海出版的《中國典籍扎記》簡略地介紹了《益古演段》[1].

1913年法國赫師慎(van Hée)將《益古演段》64問翻譯成法文,發表在通報上。[2] 1984年新加坡大學藍麗蓉馬來西亞洪天賜發表英文論文題為《李冶及其益古演段》。

參考文獻

引用

  1. ^ Alexander Wylie, Notes on Chinese Literature, p117; 1902, Shanghai
  2. ^ van Hée Li Yeh, Mathématicien Chinois du XIIIe siècle, TP,1913,14,537

來源