清中葉研究球面三角術的,有梅瑴成(1681~1763)、汪萊(1768~1813)、焦循 (1763~1820)、安清翹(1759~1830)、張作楠(1772~?)、董祐誠(1791~1823)、項名 達(1789~1850)、陳杰、李善蘭(1811~1882)、顧觀光(1799~1862)、陳澧(1810~
1882)、徐有壬(1800~1860)、梅啟照、吳嘉善諸人。142其中項名達的《弧三角 和較術》即是球面三角的著作,本卷的特色是項名達以探討《平三角和較術》
的方式來討論球面三角,以球面三角之三邊的和與較入題,探討剩下的邊長或 角度。全文分成兩部分,一是討論正弧三角,一是討論斜弧三角,而且只有題 目與術(方法),並無圖解,所以關於術的由來在解讀上有一定的困難,故本節 本者只好用「納氏(Napier’s analogies)比例式」或「德式(Delambre’s analogies)比例 式」等公式稍加變換,143驗證術的正確性。
當項名達在京城時,朱筠簏曾以黃赤大距生度差為題,144請問項名達如何 求黃赤道,項名達思索數日,終於在無可比例中尋得比例線,立下正弧三角和 較,共六術以及圖說,獻給朱筠簏,朱筠簏十分的稱讚,並說:「由正弧而斜弧由正弧而斜弧由正弧而斜弧由正弧而斜弧,,,, 其和較當亦可求
其和較當亦可求其和較當亦可求
其和較當亦可求,,,,至平三角之和較至平三角之和較至平三角之和較,至平三角之和較,,,愈無不可求愈無不可求愈無不可求愈無不可求。」145但後來項名達忙碌多時,
雖該術大致初定,但一直未能成書,直到癸卯(1843 年)夏,項名達友人王子琴 研究三角術,看到項名達這些術十分喜愛,堅持刻印成書,項名達才同意。
我們先來看一下項名達的《弧三角和較術》第一部分-正弧三角的內容。
(1) 《弧三角和較術》之正弧三角(其中一角為直角)
圖 4-5-13
142參閱李儼,〈三角函數和三角函數表的東來〉,收入杜石然主編《李儼、錢寶琮科學 史全集》,第七卷,頁 231。
143「納氏比例式」和「德式比例式」是《崇禎曆書》所介紹的有關弧三角的西方數學知識。
144朱筠簏即是朱鴻,曾以張豸冠的《九術》寫本出示給汪萊看。
145項名達,〈《三角和較術》序〉。 若∠ =
C
90°,當有另外一個已 知角時,我們令此角為A
,將弧三 角和較術 18 道題目化成表格,以便 看出項名達題目的編排。表 4-5-6
項名達是以連比例四率法解題的,上面帶有正負號( ± ),代表寫出來的值 要取正的。底下以第 1 題為例:
有一銳有一銳有一銳
有一銳角角角,角,,有夾角兩,有夾角兩有夾角兩邊有夾角兩邊邊較弧邊較弧較弧,較弧,,,求夾角求夾角求夾角求夾角兩弧兩弧兩弧兩弧。
法以半角正切為一率 法以半角正切為一率法以半角正切為一率
法以半角正切為一率,,,半角餘切為二率,半角餘切為二率半角餘切為二率,半角餘切為二率,,,較弧正弦為三率較弧正弦為三率較弧正弦為三率較弧正弦為三率,,,求得四率,求得四率求得四率,求得四率,,即,即即即 和弧正弦
和弧正弦和弧正弦 和弧正弦。。。 。
一一一
一以以以求得弧為和弧以求得弧為和弧求得弧為和弧,求得弧為和弧,, , 一
一一
一以以以求得弧以求得弧求得弧,求得弧,,減半周為和弧,減半周為和弧減半周為和弧,減半周為和弧,,, 一
一一
一以以以求得弧以求得弧求得弧,求得弧,,加半周為和弧,加半周為和弧加半周為和弧,加半周為和弧,,, 一一一
一以以以求得弧以求得弧求得弧,求得弧,,減全周為和弧,減全周為和弧減全周為和弧,減全周為和弧,,, 俱以和弧與
俱以和弧與俱以和弧與
俱以和弧與較弧相較弧相較弧相較弧相加
減
,
,,
,折半為夾折半為夾折半為夾角折半為夾角角角大
小
弧 弧 弧 弧。146
146項名達,《三角和較術》,收入郭書春主編《中國科學技術典籍通彙》數學卷第五冊,
頁 5-628。
題數 已知 所求
1 ∠
A
(銳角), (± b c− )b
, c 2 ∠A
(銳角),b c
+b
, c 3 ∠A
(鈍角), (± b c− )b
, c 4 ∠A
(鈍角),b c
+b
, c 5 ∠A
(銳角), c a− a , c 6 ∠A
(銳角), a c+ a , c 7 ∠A
(鈍角), a c− a , c 8 ∠A
(鈍角), a c+ a , c 9 a ,±(b c− )b
, c 10 a ,b c
+b
, c 11 c ,± ∠ − ∠( A B) ∠A
,∠B
12 c ,∠ + ∠
A B
∠A
,∠B
13 a ,± ∠ − ∠( A B) ∠
A
,∠B
14 a ,∠ + ∠
A B
∠A
,∠B
15 ± ∠ − ∠( A B), (± a b− ) a ,
b
16 ± ∠ − ∠( A B),a b
+ a ,b
17 ∠ + ∠A B
, (± a b− ) a ,b
18 ∠ + ∠
A B
,a b
+ a ,b
以圖 4-5-14 來說明題意。若
b
≥c
,已知∠ =C
90°,又A
為已知銳角,且 (b c− )tan tan cot
( ) ( )
以圖 4-5-15 來說明題意。若∠ =
C
90°,又A
為已知銳角,且 (c−a)已知, 弧。筆者認為列式一是由納氏比例式(Napier’s analogies)而得:( ) tan tan tan tan
2 2 2 2
( ) ( ) (90 ) (90 ) tan tan tan cot
2 2 2 2
以此求得cot( )
tan tan tan
(90 ) (90 )
tan tan tan
2 2 2
而列式一可能由德氏比例式tan( ): cot cos( ): cos( )
2 2 2 2
A
+B C a b
−a
+b
= 演變而
得,其中取
C
=90°代入即可推導出此式。正弧三角 18 題中,很多題目皆是共用一術。從第 1 題到第 4 題,列式都相 當於tan : cot sin( ) :
[
sin( )]
2 2
A A
b c b c
= − − + ,由此式求出
b
、c ,故可以歸納成一 術。第 5、6、7、8 題的列式為tan(90 ): cot(90 ) tan( ): tan( )2 2 2 2
A A c a c a
° − ° − − +
= ,
由此式求出 a 、c 。而第 9、10 題的列式為tan : cot tan( ): cot( )
2 2 2 2
a a c b
−b
+c
= ,
由此式求出 c 、
b
。第 11、12 題的列式為tan : cot cos( ) : cos( )2 2
a a
A B A B
= + − ,
再求 A、B。第 13、14 題列式cot : tan cot(( ) 45 ) : cot(45 ( ))
2 2 2 2
a a A
+B A B
−= − ° ° − ,
由此式求出 A、B。第 15、16 題列式為 : tan( ) sin( ) : sin( )
2 2 2
A B a b a b
r r
− + −⋅ = ,
再求出 a 、
b
。第 17、18 題列式為 : ( tan( )) co s( ): co s( )2 2 2
A B a b a b
r r
+ + −⋅ = ,
再由此式求出 a 、
b
。在〈附約法〉中,項名達用三率法作出另解,另解的題目為表 4-5-6 中第 1 題與第 3 題,合為一題討論,為〈附約法〉第 1 題;表格中第 2 題與第 4 題,
合為一題討論,為〈附約法〉第 2 題;表格中第 5 題與第 7 題,合為一題討論,
為〈附約法〉第 3 題;表格中第 6 題與第 8 題,合為一題討論,為〈附約法〉
第 4 題;此外表格中第 9 題、第 10 題、第 11 題、第 12 題、第 13 題、第 14 題,也收入在〈附約法〉中,所以〈附約法〉的題目共十題。我們以《弧三角 和較術》之正弧三角之第 5 題來看,比較連比例四率法與〈附約法〉所介紹三 率法的做法:
第 5 題之列式為tan(90 ): cot(90 ) tan( ): tan( )
2 2 2 2
A A c a c a
° − ° − − +
= ,
( ) (90 ) (90 ) ( )
tan : tan tan : cot
2 2 2 2
c
−a
° −A
° −A c
+a
⇒ =
即得連比例三率法,所以可知連比例三率法,只是由四率法轉變而生。接下來 介紹球面三角第二部分〈斜弧三角〉。
(2) 《弧三角和較術》之〈斜弧三角〉
項名達的《弧三角和較術》(1843 年),其中討論斜弧三角二十式,並應用 納氏比例式,以為算例。150我們先來了解其中內容。
圖
4-5-18 A
B C
斜弧三角也只有題目和術,並無圖解,較難釐清項名達的思路。斜弧三角 共有 20 道題目,我們將題目化為表格統整如下:
表 4-5-7
150李儼,〈三角函數和三角函數表的東來〉,收入杜石然主編《李儼、錢寶琮科學史全 集》,第七卷,頁 231。
任意一個斜弧三角,由已知條件分 成底下兩種情況:(1)若已知兩角,我們 令此兩角分別為
A
、B
,(2)若已知一角,我們令此角為
A
,剩下的兩個角,我們取作
B
、C
,其中B
≥C
。底下以第 1 題為例:
圖