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正確解法:

700 10480+

700 350=

700 11130

圖 3.1.1

3.2 第二術

假令太史造仰觀臺,上廣、袤少,下廣、袤多。上、下廣差二丈,上、下 袤差四丈,上廣、袤差三丈,高多上廣一十一丈。甲縣差一千四百一十八人,

乙縣差三千二百二十二人。夏程人功常積七十五尺,限五日役臺畢。羨道從臺 南面起,上廣多下廣一丈二尺,少袤一百四尺,高多袤四丈。甲縣一十三鄉,

乙縣四十三鄉,每鄉別均賦常積六千三百尺,限一日役羨道畢。二縣差到人共 造仰觀臺,二縣鄉人共造羨道,皆從先給甲縣,以次與乙縣。臺自下基給高,

道自初登給袤。問臺道廣、高、袤,及縣別給高、廣、袤各幾何?

答曰:臺高一十八丈;上廣七丈,下廣九丈;上袤一十丈,下袤一十四丈。

甲縣給高四丈五尺;上廣八丈五尺,下廣九丈;上袤一十三丈,下袤一十四丈。

8 引自李潢,《緝古算經考注》,郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》數學卷四(鄭州:河南 教育出版社,1993 年),頁 1223。

乙縣給高一十三丈五尺;上廣七丈,下廣八丈五尺;上袤一十丈,下袤一十三 丈。

羨道高一十八丈;上廣三丈六尺,下廣二丈四尺;袤一十四丈。

甲縣鄉人給高九丈;上廣三丈,下廣二丈四尺;上袤七丈,下袤一十四丈。

乙縣鄉人給高九丈;上廣三丈六尺,下廣三丈;下袤七丈。

李潢將上段「答曰」校勘,並依據體例正之如下:

臺高一十八丈;上廣七丈,上袤一十丈;下廣九丈,下袤一十四丈。

甲縣給高四丈五尺;上廣八丈五尺;上袤一十三丈。

乙縣給高一十三丈五尺;上廣七丈;上袤一十丈。

羨道高一十八丈;上廣三丈六尺,下廣二丈四尺;袤一十四丈。

甲縣鄉人給高九丈;上廣三丈;袤七丈。

乙縣鄉人給高九丈;上廣三丈六尺;袤七丈。

根據錢寶琮的考證,仰觀臺的四周應該有擋土牆,南面的牆是直立的,其 他三面具有一定的坡度。羨道的北面緊靠仰觀臺的南面,兩側也有一定的坡度。

9

3.2.1 求仰觀臺上下廣袤高術

求臺上下廣袤高術曰:以程功尺數乘二縣人,又以限日乘之,為臺積。又以 上、下袤差乘上、下廣差,三而一,為隅陽幂。以乘截高為隅陽截積幂幂字衍。 又半上、下廣差,乘斬當作壍上袤,為隅頭幂。以乘截高為隅頭截積。所得所得 二字衍并二積,以減臺積,餘為實。以上、下廣差并上、下袤差,半之,為正數。

加截當作壍上袤,以乘截高,所得增隅陽幂,加隅頭幂,為方法。又并截高及截

當作壍上袤與正數,為廉法,從。開立方除之,即得上廣。各加差,得臺下廣及 上下袤、高。

李潢依據《九章算術》商功篇的古法,10將仰觀臺切割成一個中央立方、11 二個短壍堵、12二個長壍堵和四個陽馬。13由於李潢的注文非常繁多,筆者將擷 取精要,以圖形來說明,並用現代數學符號和算式來表示,之後各題也都將採 用這種模式以方便讀者瞭解。

9 參閱錢寶琮,〈王孝通《緝古算術》第二題、第三題術文疏證〉,杜石然主編,《李儼、錢寶 琮科學史全集》第九卷(瀋陽:遼寧教育出版社,1998 年),頁 580。

10 參閱《九章算術》,郭書春、劉鈍點校,《算經十書》(台北:九章出版社,2001 年),頁 132。

11 立方體積為「廣袤相乘,以高乘之」。

12 壍堵體積為「廣袤相乘,以高乘之,二而一」。

13 陽馬體積為「廣袤相乘,以高乘之,三而一」。

首先,我們先假設上寬(上廣)為 x 丈,則根據題意得下寬(下廣)為 x+2 丈,

上長(上袤)為 x+3 丈,下長(下袤)為 x+7 丈,高為 x+11 丈。仰觀臺體積為 75 × (1418+3222) × 5=75 × 4640 × 5=348000 × 5=1740000 立方尺=1740 立 方丈。

x+7

x+2 x

x+11 x+3

圖 3.2.1.1

於是,我們得到一個中央立方體積=(x+3)x(x+11)=x3+11x2+3x2+33x。

圖 3.2.1.2

接著,我們得到二個短壍堵體積=2 × 2

     

2 3 7  

x

x × x × (x+11)=

2 x(x+11)=2x2+22x。

圖 3.2.1.3

再來,我們得到二個長壍堵體積=2 × 2

   

2 2 x x 

× (x+3) × (x+11)=

(x+3)(x+11)=x2+11x+3x+33。

圖 3.2.1.4

最後,我們得到四個陽馬體積=4 × 3

     

2 3 7  

x

x ×

   

2 2 x x 

× (x+11)=

3

8(x+11)=

3 8x+

3 88=

3 8x+

3 29 。 1

圖 3.2.1.5

綜合以上圖形和數學算式,我們將得到以下結果:

1 中央立方體積+2 短壍堵體積+2 長壍堵體積+4 陽馬體積=仰觀臺體積,

(x

3+11x2+3x2+33x)+(2x2+22x)+(x2+11x+3x+33)+(

3 8x+

3 29 )=1 1740,

x

3+17x2+ 3 71 x=2

3 1677 。 2

李潢除了依據《九章算術》商功篇的古法來分析解題之外,他還按照王孝 通的術文寫成詳細的解題過程。由於李潢的解題過程中都保留了王孝通自創的 許多名詞,例如「隅陽幂」、「隅陽截積」、「隅頭幂」、「隅頭截積」和「正數」

等,14而且,他在每個數字後面都會附上長度單位,最後,還會加上自己的驗 算。這些特點,筆者也都將其保留,以符合李潢的「原汁原味」。

同樣地,我們先假設上寬(上廣)為 x 丈,則根據題意得下寬(下廣)為 x+2 丈,上長(上袤)為 x+3 丈,下長(下袤)為 x+7 丈,高為 x+11 丈。仰觀臺體積 為75 × (1418+3222) × 5=75 × 4640 × 5=348000 × 5=1740000 立方尺=1740 立方丈。15截高為(x+11)- x=11 丈。壍上長為(x+3)-x=3 丈。隅陽幂為

   

     

3

2 3

7 x x x

x     

= 3 2 4

=3 8=

3

2 平方丈。隅陽截積為2 3

8× 11=

3 88

14 王孝通自創這些專有名詞,是給一個稍微複雜而又重複使用的算式特別的稱呼,功用是為了 補救未能符號化的權宜之計。

15 李潢原來注文中的單位只有「尺」和「丈」,並無「立方」和「平方」,筆者為了讓大家更清 楚了解算式所代表的意義,特別加之。

= 3

29 立方丈。隅頭幂為1

   

2 3 2  

x

x

2 3 2

=3 平方丈。隅頭截積為 3 × 11

=33 立方丈。實為 1740-(

3

29 +33)=1740-1 3 62 =1

3

1677 。正數為2

   

     

2

2 3

7 x x x

x     

= 2 2 4

=3。方法為(3+3) × 11+

3

2 +3=66+2

3 2 +3=2

3

71 。廉法為 11+3+3=17。隅法為 1。x2 3 項係數稱為隅法,x2 項係 數稱為廉法,x 項係數稱為方法,常數項稱為實,整理之後得三次方程式 x3+17x2

3 71 x=2

3

1677 ,通分乘以 3 得 3x2 3+51x2+215x=5033,做開帶從 立方得x=7。16

李潢在最後加入了自己的驗算過程:[(3 × 7+51) × 7+215] × 7=[(21+51)

× 7+215] × 7=(72 × 7+215) × 7=(504+215) × 7=719 × 7=5033,以表示此答 案正確無誤。所以我們得知:仰觀臺高18 丈;上寬 7 丈,下寬 9 丈;上長 10 丈,下長14 丈。

3.2.2 求均給積尺受廣袤術

求均給積尺受廣袤術曰:以程功尺數乘乙縣人,又以限日乘之,為乙積。

三因之,又以高幂乘之,以上、下廣差乘袤差而一,為實。又以臺高乘上廣,

廣差而一,為上廣之高。又以臺高乘上袤,袤差而一,為上袤之高。又以上廣 之高乘上袤之高,三之,為方法。又并兩高,三之,二而一,為廉法,從。開 立方除之,即乙高。以減本高,餘即甲高。此是從下給臺甲高。又以廣差乘乙 高,以本高而一。所得加上廣,即甲上廣。又以袤差乘乙高,如本高而一。所 得加上袤,即甲上袤。其甲上廣、袤即乙下廣、袤。臺上廣、袤即乙上廣、袤。

其後求廣、袤有增損者,皆倣此。

自注:此應六因乙積,臺高再乘,上、下廣差乘袤差而一。又以臺高乘上 廣,廣差而一,為上廣之高。又以臺高乘上袤,袤差而一,為上袤之高。以上 廣之高乘上袤之高為小幂二。因下袤之高為中幂一。凡下袤、下廣之高即是截 高與上袤與上廣之高相連并數。然此有中幂定有小幂一,又有上廣之高乘截高 為幂一。又下廣之高乘下袤之高為大幂二。乘上袤之高為中幂一。其大幂之中 又有小幂一,復有上廣上袤之高各乘截高,為中幂各一。又截高自乘為幂一。

16 王孝通並沒有提供「開帶從立方」的詳細過程,李潢也沒有。程大位《算法統宗》卷六有「開 立方帶縱法」一節,但其算法並不是正確解法。

其中幂之內有小幂一,又上袤之高乘截高為幂一。然則截高自相乘為幂二,小

HI -

BC

 

n BC h n

BC

n BC

h =h

BC

×

BC BC EF

18

 =

 

18 BC EF

h

18

14

9

10 7

I

m

h

18-h R Q P O

G

H A B

D

F E

C

圖 3.2.2.1

依據「九章芻童術曰:倍上袤,下袤從之;亦倍下袤,上袤從之;各以其 廣乘之;并,以高若深乘之,皆六而一。」19我們可以得到下列結果:

     

6 2

2BCHIABHIBCGHPQ

=1208 . 25,

∴(2 ×

BC

×AB +2 × HI ×

GH

HI × AB +

BC

×

GH

) × h=6 × 1208 . 25,

∴{2 ×

BC

×AB +2 × [

BC

+(HI -

BC

)] × [AB +(

GH

AB )]+

[

BC

+(HI -

BC

)] ×AB +

BC

× [AB +(

GH

AB )]} × h=6 × 1208 . 25,

∴[2 ×

BC

×AB +2 ×

BC

×AB +2 ×

BC

× (

GH

AB )+2 × ( HI -

BC

) ×AB + 2 × (HI -

BC

) × (

GH

AB )+

BC

×AB +( HI -

BC

) ×AB +

BC

× AB +

18 參閱林炎全,《《緝古算經》探討》(台中:教育部台灣省中等學校教師研習會,2001 年),頁 7。

19 引自《九章算術》,郭書春、劉鈍點校,《算經十書》(台北:九章出版社,2001 年),頁 136。

BC

× (

GH

AB )] × h=6 × 1208 . 25,

之高相乘,又乘乙高」。20

=146802 . 375。上廣之高為

2

所以我們得知:乙縣分派建造高 13 丈 5 尺,甲縣分派建造高 4 丈 5 尺。甲 縣築體的上寬=乙縣築體的下寬=

18 5 . 13 2

+7=8 . 5 丈=8 丈 5 尺。甲縣築體 的上長=乙縣築體的下長=

18 5 . 13 4

+10=13 丈。

錢寶琮認為李潢忽視了王孝通「自注」中的「凡下袤、下廣之高即是截高 與上袤與上廣之高相連并數。」一語,所以解釋並未得要領,21不如駱騰鳳在

〈重訂《緝古算經》仰觀臺求乙高術注〉的解釋來得清楚。22

3.2.3 求羨道廣袤高術

求羨道廣袤高術曰:以均賦常積乘二縣五十六鄉,又六因為積。又以道上 廣多下廣數加上廣少袤,為下廣少袤。又以高多袤加下廣少袤,為下廣少高。

以乘下廣少袤為隅陽陽字衍文幂。又以下廣少上廣乘之,為鼈隅原脫積字。以減 積,餘,三而一,為實。并下廣少袤與下廣少高,以下廣少上廣乘之,為鼈從 橫廉幂。三而一,加隅陽幂,為方法。又以三除上廣多下廣,以下廣少袤、下 廣少高加之,為廉法,從。開立方除之,即下廣。加廣差,即上廣;加袤多上 廣於上廣於上廣三字衍文,即袤;加廣廣當作高多袤,即道高。

李潢依據《九章算術》商功篇的古法,23將羨道切割成一個壍堵和二個鼈 臑。24首先,我們先假設羨道下寬為x 尺,則上寬為 x+12 尺,長為(x+12)+

104=x+116 尺,高為(x+116)+40=x+156 尺。羨道體積為 6300 × 56=352800 立方尺。

21 參閱錢寶琮,〈王孝通《緝古算術》第二題、第三題術文疏證〉,杜石然主編,《李儼、錢寶 琮科學史全集》第九卷(瀋陽:遼寧教育出版社,1998 年),頁 589。

22 參閱駱騰鳳,〈重訂《緝古算經》仰觀臺求乙高術注〉,《藝游錄》,郭書春主編,《中國科學 技術典籍通彙》數學卷五(鄭州:河南教育出版社,1993 年),頁 151。

23 參閱《九章算術》,郭書春、劉鈍點校,《算經十書》(台北:九章出版社,2001 年),頁 135。

24 鼈臑體積為「廣袤相乘,以高乘之,六而一」。

x+12

x

x+116 x+156

圖 3.2.3.1

於是,我們得到一個壍堵體積=

2

1× x × (x+156) × (x+116)=

2

1x(x+156)(x+116)。

圖 3.2.3.2

接著,我們得到二個鼈臑體積=2 × 6

 

2 12 x x 

× (x+156) × (x+116)=

2(x+156)(x+116)。

圖 3.2.3.3

綜合以上圖形和數學算式,我們將得到以下結果:

1 壍堵體積+2 鼈臑體積=羨道體積,

∴2

1x(x+156)(x+116)+2(x+156)(x+116)=352800,

3x(x

2+156x+116x+156 × 116)+12(x2+156x+116x+156 × 116)=

6 × 352800,

3(x

3+156x2+116x2+156 × 116 × x)+12(x2+156 × 116+156x+116x)=

6 × 352800,

3x

3+3 × 156x2+3 × 116x2+3 × 156 × 116 × x+12 x2+12 × 156x+12 × 116x

+12 × 156 × 116=6 × 352800,

3x

3+816 x2+54288x+12 x2+3264x+217152=6 × 352800,

3x

3+828 x2+21360x+217152=2116800,

3x

3+828 x2+57552x=1899648,

x

3+276 x2+19184x=633216。

依據「九章羨除術曰:并三廣,以深乘之,又以袤乘之,六而一。」25我 們也可以推得相同的結果:

     

6

116 156

12    

x x x x

x =352800,

     

6

116 156

12

3x  x  x

=352800,

25 引自《九章算術》,郭書春、劉鈍點校,《算經十書》(台北:九章出版社,2001 年),頁 135。

∴2

1x(x+156)(x+116)+2(x+156)(x+116)=352800。

以下同上面算式。

李潢根據王孝通術文的解題過程:設羨道下寬為 x 尺,則上寬為 x+12 尺,

長為(x+12)+104=x+116 尺,高為(x+116)+40=x+156 尺。六因積為 6300

× 56 × 6=352800 × 6=2116800 立方尺。下廣少袤為 12+104=116 尺。下廣少 高為40+116=156 尺。鼈隅幂為 156 × 116=18096 平方尺。鼈隅積為 18096 × 12=217152 立方尺。實為

3

217152 2116800

= 3 1899648

=633216。方法為

 

3 12 156 116 

+18096=

3 12 272

+18096=

3

3264+18096=1088+18096=

19184。廉法為 3

12+156+116=4+156+116=276。隅法為 1。整理之後得三 次方程式x3+276x2+19184x=633216,做開帶從立方得 x=24。

所以我們得知:登臺通道下寬 24 尺=2 丈 4 尺;上寬 36 尺=3 丈 6 尺;長 140 尺=14 丈;高 180 尺=18 丈。

3.2.4 求羨道均給積尺,甲縣受廣、袤術

求羨道均給積尺,甲縣受廣、袤術曰:以均賦常積乘甲縣一十三鄉,又六 因為積。以袤再乘之,以道上、下廣差乘臺高為法而一,為實。又三因下廣,

以袤乘之,如上、下廣差而一,為都廉,從。開立方除之,即甲袤。以廣差乘 甲袤,本袤而一。以下廣加之,即甲上廣。又以臺高乘甲袤,本袤除之,即甲

以袤乘之,如上、下廣差而一,為都廉,從。開立方除之,即甲袤。以廣差乘 甲袤,本袤而一。以下廣加之,即甲上廣。又以臺高乘甲袤,本袤除之,即甲

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