古代數(shù)學(xué)著作-《周髀算經(jīng)》
在這部數(shù)學(xué)典籍中,就記載了古人怎樣用簡(jiǎn)單的方法計(jì)算出太陽(yáng)到地球的距離。據(jù)「周髀算經(jīng)」,太陽(yáng)距離的求法是:先在全國(guó)各地立一批八尺長(zhǎng)的竿子,夏至那天中午,記下各地竿影的長(zhǎng)度,得知首都長(zhǎng)安的是一尺六寸;距長(zhǎng)安正南方一千里的地方,竿影是一尺五寸;距長(zhǎng)安正北一千里則是一尺七寸。因此知道南北每隔一千里竿影長(zhǎng)度就相差一寸。又在冬至那天測(cè)量,長(zhǎng)安地方影長(zhǎng)一丈三尺五寸。
周髀算經(jīng)取夏至與冬至間,竿影剛好是六尺的時(shí)候來(lái)計(jì)算。為了說(shuō)明方便,這里將原書(shū)的簡(jiǎn)單步驟及心算部份改寫(xiě)成大家熟悉的算式,并以圖形標(biāo)示出來(lái)。這十萬(wàn)里,就是周髀算經(jīng)所記載的太陽(yáng)與地面距離。
當(dāng)然,現(xiàn)在我們都知道地球和太陽(yáng)的距離約為一億四千九百五十萬(wàn)公里。即使將周髀算經(jīng)中漢制為單位的十萬(wàn)里換算成今天習(xí)用的公里,數(shù)值仍然懸殊得很。理由很簡(jiǎn)單,因?yàn)闈h朝人沒(méi)有地圓的觀念,是以在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)之初,就將前提建立在「地是平的」假設(shè)上,加之觀測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)陋,而得到并不周延的數(shù)據(jù)。因此周髀算經(jīng)的答案是不合事實(shí)的。但是我們必須強(qiáng)調(diào),這段求太陽(yáng)距離的運(yùn)算過(guò)程卻是絕對(duì)的正確。
嚴(yán)格說(shuō)來(lái),《周髀算經(jīng)》是一部天文著作,為討論天文歷法,而敘述一些有關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí),其中重要的題材有勾股定理、比例測(cè)量與計(jì)算天體方位所不能避免的分?jǐn)?shù)四則運(yùn)算。例如《周髀算經(jīng)》認(rèn)為一年有日而平均有個(gè)月,亦即每 19 年應(yīng)有 7 個(gè)閏月,這樣每個(gè)月的日數(shù)應(yīng)該是
但月亮每日所行平均度數(shù)為度(一周以度計(jì)算,這點(diǎn)有別于西方數(shù)學(xué)所采用的 360 度),要求 12 個(gè)月以后月亮所在的方位。那么其問(wèn)題便在于計(jì)算將其余數(shù)再乘以,便知所求方位為。
通過(guò)算籌,中國(guó)人很早就掌握了復(fù)雜的計(jì)算。比起同時(shí)期的西方數(shù)學(xué)(例如以歐幾里得的《幾何原本》所記載的分?jǐn)?shù)性質(zhì)來(lái)看),古代中國(guó)數(shù)學(xué)的定量工作,無(wú)疑是遙遙領(lǐng)前的。
漢朝人撰,是一部既談天體又談數(shù)學(xué)的天文歷算著作,主要討論蓋天說(shuō)。《周髀》的本文是周公,商高問(wèn)答部份,提出了著名的「勾三股四弦五」這個(gè)勾股定理的一個(gè)特例。接下去的榮方陳子問(wèn)答部份,是《周髀》的續(xù)文,陳子教給榮方學(xué)習(xí)和研究數(shù)學(xué)的方法,并且記載了陳子測(cè)日法所用的「勾股各自乘,并而開(kāi)方除之」的話。唐朝李淳風(fēng)等選定數(shù)學(xué)課本時(shí),認(rèn)為它是一個(gè)最可貴的數(shù)學(xué)遺產(chǎn),將它作為「算經(jīng)十書(shū)」的第一種書(shū),并給它一個(gè)《周髀算經(jīng)》的名稱(chēng)。
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