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圓理「表」的內容與意義

R 其中,原數 c、k 差

2.4.2 圓理「表」的內容與意義

早期和算家主要關心的數學知識活動為設題與施術,但是到了十九世紀時,

造「表」成為和算家關心的新知識活動,這些表的內容往往跳脫單純的數值表,

一方面呈現出許多與代數、幾何關係或性質,同時,也成為當時和算家用以解決 圓理問題的重要工具。因此,到了十九世紀初期,和算家的數學研究成果不再只 局限於題與術的形式,許多方理表與圓理表皆可視為和算家的數學研究成果。

如同前述小出兼政《圓理算經》自序所云:「凡圓理之法,用表得解術者,

皆始自和田子,無製錶之術,稱不得捷徑之術。」490雖然和田寧製作了許多表,

490 引自小出兼政,《圓理算經》,自序。

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圖 2.4.9 所示)。494

圖 2.4.8《圓理算經》書影-圭象正割順法及相關「矩線表」

其它的梯象正割順法與逆法則是針對「梯形」,分別由上往下的順序以及由 下往上的順序,來對其高進行分割(如圖 2.4.10 與圖 2.4.11 所示)。最後的圭形 角割順法則是將角度分割成 n 等分,而非依三角形的高(如圖 2.4.12 所示)作分 割。各種分割法所對應的「矩線表」皆是利用相關已知條件與「應」和「初」,

表示出分割後所得之各線段長。

494 以下方理相關各圖引自徐澤林,《和算選粹》,頁 606-610

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圖 2.4.9《圓理算經》-圭象正割逆法 圖 2.4.10《圓理算經》-梯象正割順法

圖 2.4.11《圓理算經》-梯象正割逆法 圖 2.4.12《圓理算經》-圭形角割順法 疊率四成表

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496《圓理算經》中僅列 l=-3、-2、-1、0、1、2、3 以及 m=0、2、4、6、8、10、12 的情況。

497《圓理算經》中僅列 l=-3、-2、-1、0、1、2、3 以及 m=1、3、5、7、9、11、13 的情況。

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疊率四成表之後是「圓理」的部份,這個部份主要與圓理問題有關。書中總 共介紹了:(1)截徑順法(題圓徑);498(2)截弦順法(題圓徑、弦);(3)截矢順法

(題圓徑、矢,矢者以半徑為多極);(4)截徑貫法(題圓徑),以及(5)截矢順貫 法(題圓徑通矢)等五種對圖形的分割方式。透過圖例說明各分種割方式與相關 圖形之後(如圖 2.4.13 所示,為截徑順法相關分割方式與圖形),499再「依原貫 兩圖,求得諸線以為表,謂之矩線表。」這裡同樣是依據不同分割方式以及相關 圖形,列出這些分割方法所參照的「矩線表」,這些矩線表的內容,主要是利用 和算家的符號系統,表示出將原圖形作分割後,所得之各個線段長(如表 2.4.2 所示,為截徑順法所對應的矩線表)。500

表 2.4.2 截徑順法之矩線表

圖 2.4.13《圓理算經》書影-截徑順法圖 獲得了矩線表之後,相當於可利用代數符號表示出圖形中各線段長。接著,

再「依矩線表得諸象積以為表,謂之究疊表」,而所謂的究疊表,是將所欲求長 或求積之圖形,分割成若干弧長、面積與體積微元,然後,利用矩線表所表示出 的線段長,進一步表示出這些弧長、面積與體積微元。最後,和算家便是將這些 弧長或體積微元加總,求得所求之弧長、面積與體積。舉例來說,欲以截徑順法

498 括號中的題圓徑,指的是圓徑為問題的給定條件,後亦同之。

499 此圖引自徐澤林,《和算選粹》,頁 616。

500 此矩線表引自徐澤林,《和算選粹》,頁 617。

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求圓面積(如圖 2.4.13 所示),將圓依直徑作分割,對圖 2.4.14 任一個「某正直 積」而言,501其面積皆為「某餘弦差.某正弦」,而「某正直積」與「某餘弦差.

某正弦」分別列於表 2.4.3 究疊表的「某象極」與「原級」(參見表 2.4.3 的第三 列第一與第二行)。接著,利用矩線表可得某正直積為「初.應冪.徑冪」(即表 2.4.3 的第三列第三行),再將所有的某正直積加總即可得「圓積」(即表 2.4.3 的 第三列第五行)。

一般而言,表 2.4.3 為截徑順法所對應之究疊表,第二列的「某象級」,是將 原圖形分割後所得的弧長、面積與體積微元,而第一列的「原級」,則表示該微 元可看成哪線段或哪些線段之乘積,第三列的「解原級」則是利用究疊表,將上 述「原級」當中的諸線段長以點竄符號表來表示,最後的「疊成級」指的是將「解 原級」中微元加總可得哪一個幾何量。例如,將圖 2.4.14 的某正直積加總即可得 圓積。

表 2.4.3 《圓理算經》書影-截徑順法之究疊表

501 圖當中的上下對稱兩矩形的面積和為某正直積。此圖引自徐澤林,《和算選粹》,頁 619。

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圖 2.4.14 利用截徑順法求圓面積

圖 2.4.15 截徑順法之究疊表所對應的圖形

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圖 2.4.15 是以不同的分割方式求圓面積與弧積,502不同的分割方式適用不同 的矩線表,並且對應於究疊表中的不同行。例如,圖 2.4.15 右上的「某正直積之 圖」,可對應到表 2.4.3 究疊表的第三行;右中的「某餘直積之圖」,可對應到表 2.4.3 究疊表的第二行;右下的「某圓子積之圖」,可對應到表 2.4.3 究疊表的第 四行;左上的「某正偏積之圖」,可對應到表 2.4.3 究疊表的第五行;左中的「某 餘偏積之圖」,可對應到表 2.4.3 究疊表的第六行。依據不同的圖形以及相對應的 究疊表,進一步作加總,便可得到所求幾何量的不同展開式。例如,究疊表中的 第二、三、四行提供了三種求圓面積的方法,而第五、六行則提供了兩種求象弧 積的方法。換言之,此表並非羅列數值或結果,而是濃縮了求各幾何量的一般性 程序方法。透過不同圖形的分割方式可得 n 個「某象級」,接著求得「原級」,再

「解原級」以得點竄式,最後作「加總取極限」的動作,503便可得「疊成級」, 即求得所求幾何量的(級數)公式。當然,求和與化簡的過程中,尚需要引入其 它「表」,而各類截法與究疊表的內容,以及上述「加總取極限」的過程,恰濃 縮了和田寧圓理豁術的主要精華。

圖 2.4.16 截弦順法之究疊表所對應的圖形

除了筆者上述介紹的截徑順法之外,《圓理算經》尚針對截弦順法、截矢順

502 此圖引自徐澤林,《和算選粹》,頁 619。

503 事實上,雖然小出並未明言取極限的動作,但其所利用的檢表方式,實則隱含了取極限所得

的結果。

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