第 4 章 《籌書管見》內容分析(二)
本章主要介紹本書的九章內容及「九章問答」兩部分,這兩者不但是息息相 關,且能從中看出趙泰耉從文本中所呈現的算學功力。而「九章問答」以自問自 答形式呈現,其內容乃是針對九章問題的的解法,提出說明或評論,更能反映出 趙泰耉的數學素養。1
4-1 九章內容
九章內容有〈方田〉,〈粟布〉,〈衰分〉,〈少廣〉,〈商功〉,〈均輸〉,〈盈朒〉,〈方 程〉,〈勾股〉等九章。
4-1-1 九章名義
趙泰耉曰:「一曰〈方田〉以御田疇界域,二曰〈粟布〉以御交貿变易,三 曰〈衰分〉以御貴賤廪稅,四曰〈少廣〉以御積冪方圓,五曰〈商功〉以御功程 積實,六曰〈均輸〉以御遠近勞費,七曰〈盈朒〉以御隱雜互見,八曰〈方程〉
以御錯糅正負,九曰〈勾股〉以御高深廣遠。」2顯然,這是針對九章各章內容,
提供一個概要說明。
《籌書管見》的九章內容,除了〈九章名義〉之外,也包含〈方田〉(24),
〈粟布〉(24),〈衰分〉(11),〈少廣〉(27),〈商功〉(31),〈均輸〉(7),〈盈朒〉
(10),〈方程〉(10),〈勾股〉(18)以及〈九章問答〉是全書的精華部分。上述 各節之後括號內之阿拉伯數字,表示該節題數。由於這九章總題數 162 遠少於《九 章算術》246 個問題,趙泰耉所選題目一定有其特殊考量。3下文逐一介紹各章內 容。
4-1-2 方田
〈方田〉章主要在計算土地面積問題,筆者就圖形、名稱與算法,和《九章 算術》、《楊輝算法》、《算學啟蒙》、《詳明算法》、《算法統宗》,以表格形式作比 較。表中◎表示在該書中有介紹相同圖形而且名稱相同,若有相同的圖形但名稱 不同,則在( )中表示。
1 見洪萬生,〈朝鮮儒家讀九章-以趙泰耉〈九章問答〉為例〉,頁 305-308。
2 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 43。
3 見洪萬生,(朝鮮儒家讀九章-以趙泰耉〈九章問答〉為例),頁 305。
表 4-1 方田章各題內容比較
名
稱 圖例 籌書管見算
法 現代算式 題號 九 章 算 術
楊 輝 算 法
算 學 啟 蒙
詳 明 算 法
算 法 統 宗 方
田
面自乘成積
面積=a2
1、2 19
◎ ◎ ◎ ◎ ◎
直 田
長 闊
長闊相乘得 積
面積=ab
3、
20、
21、
22
◎ ◎ ◎ ◎
句 股 田
句股相乘折 半得積
半 句乘股圖
半 股乘句圖
面積= 2
1
b a
= b 2 a
=b a 2
4 ◎ ◎
︵ 句 股 形
︶
◎
︵ 句 股 形
︶
◎
圭 田
底闊乘中長 折半得積
(長廣相乘 折半圖)
半廣乘長圖
面積= 2
1
b a
= b 2 a
=b a 2
5 ◎ ◎ ◎
︵ 句 股 形
︶
◎
︵ 句 股 形
︶
◎
半長乘廣圖 梯
田
大小頭相併 以長乘之折 半得積
併兩頭乘半 長
併兩頭折 半乘長圖
面積
=(ab)c2
=( ) 2c b a
=a b c
2
6 ◎
︵ 邪 田
︶
◎ ◎ ◎ ◎
圓 田
周徑相乘以 四除之得 積,或半周 半徑相乘得 積
直徑(2r),
周(2 r ) 面積
=2r r24
=rr
7、8 9、23
◎ ◎ ◎ ◎ ◎
弧 矢 田
弦矢相併以 矢乘之
折半得積 面積
=(ab)a2
10 ◎
︵ 弧 田
︶
◎
︵ 弧 田
︶
◎
眉 田
兩弦相併以 腰闊乘之以 四除之得積
面積=
11 ◎ ◎
4 ) (ab c 環
田
4
外周自乘內 周自乘二數 相減餘為商 十二而一得
積 面積=
12 ) 2 ( R)
(2 2 r 2 12 13 14
◎ ◎ ◎ ◎ ◎
兩 句 相 併 田
兩句股合而 成斜圭形以 圭田法籌之 長廣相乘折 半得積
面積=
(a b ) c 2
17 ︵ 三 斜 田
︶ 兩
圭 相 併 田
長闊相乘折 半得積。若 四角傾斜不 正則分作兩 圭形籌之
面積=a b 2
18 ︵ 梭 田
︶
︵ 梭 田
︶
︵ 梭 田
︶
︵ 梭 田
︶
5
在〈方田〉章中,題目共計有 24 題,其中第 17 題趙泰耇曰:「今有兩句股 相併田,直長八十尺,橫濶四十尺,問積?答:一千六百尺。術曰:兩句股合而 成斜圭形,以圭田法籌之,長廣相乘折半得積。」第 18 題又曰:「今有兩圭相併 田,中長二十尺,橫活十尺,問積?答:一百尺。術曰:長濶相乘折半得積。若 四角歆斜不正,則分作兩圭形籌之。」6 ,兩句股田合併成圭田,頗能証明由方 田-面積基本圖形,從方田(正方形)是由兩句股相等(等腰直角三角形)的句 股田合併而成,再而圭田(任意三角形)可由兩個句股田(直角三角形)合併而 成,又兩圭合併田(任意四邊形)亦可由兩圭田(三角形)合併成。可見趙泰耉 在幾何學上的功力不凡。
趙泰耉將 12 類的題目都分別給了圖形。7同時,他也針對「句股田」,「圭田」
與「梯田」的面積公式,各自給出了多個「以盈補虛」的証明方法。8 第 19-24
4 此處「徑」指兩圓半徑之差。見郭書春,《古代世界數學泰斗劉徵》(台北:明文出版社,1995 年),頁 58。
5 此處「梭形」,根據《楊輝算法》、《算學啟蒙》、《詳明算法》、《算法統宗》等數書,梭形的面 積公式皆為「長乘闊折半」。
6 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 49。
7 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 43-49。
8 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 45-46。
題則是關於面積計算涉及分數者。第 24 題趙泰耉曰:「今有田,積三千七百九十 六尺,將欲改量令尺為古尺一尺二寸五分,問今積幾何?答:二千四百二十九尺 四寸四分。術曰:置積為實,以一尺二寸五分自乘,為法除之。」9其中一古尺 為一尺二寸五分。而有關圓周率之面積公式則採用了圓周率為 3 的算法,例如第 7 題「今有圓田,徑三十尺,周九十尺,問積?答:六百七十五尺。 術曰:周 徑相乘以四歸之得積,或半周半徑相乘得積。」10周徑相乘以四歸之得積,即
90×30÷4=675,現代算式即為
2
(2 R)(2 ) 2 30
4 2 225
r r
≒675,這應
該只是為了方便籌算。
4-1-3 粟布
趙泰耉曰:「〈粟布〉以御交貿變易」。11此章共 24 題,其中一些佈題方式與 朝鮮本土脈絡有關,且「粟布」章已經不再納入中國舊九章「粟米」中各種糧食 比例交換問題。12
這 24 題中大部分為基本乘、除法或者是前章所述的「四率法」解之,另加 入「東俗」法,以下依次敘述之。例如:
「今有粟七斗八升一合二勺五抄,每斗價一錢二分八里,問捻價?答:一兩。
術曰:以斗價乘捻粟合問。」13以現代數學算式即為:7.8125×0.128=1。
「今有銀十九兩二錢五分一里,每銀三兩四錢五分換金一兩,問捻金?答:
五兩五錢八分。術曰:置銀為實,以金一兩價為法除實。」14以現代數學算式乃:
19.251÷3.45=5.58。
「今有絲十四兩三錢五分,每絲一斤價銀二錢四分,問捻價銀?答:二錢一 分五里二毫五絲。術曰:置捻絲以斤價乘之,以十六除之。」 「今有絲十四兩 三錢五分,價銀二錢一分五里二毫五絲,問斤價?答:二戈四分。術曰:置絲價 以十六乘之為宲,以捴絲為法,除宲合問。15」以現代數學算式乃:14.35×2.4÷16
=2.1525。2.1525×16÷14.35=2.4。
9 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 51。
10 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 46。
11 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 43。
12 見洪萬生,〈朝鮮儒家讀九章-以趙泰耉〈九章問答〉為例〉,頁 305。
13 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 51。
14 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 51-52。
15 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 52。
趙泰耉將四率法歸納為「比例」、「互視」與「合率」三大類。趙泰耇曰:「比 例者,以彼物知此物者,皆以比例求之。」16又曰:「今物多於原物,則今價亦 多於原價;今股小於原股,則今勾亦小於原勾矣。」即現代數學裡除以一的正比 例問題,由四項比例式中,a:b=c:d,已知 a、b、c,求第四項 d。趙泰耇將 a、
b、c 稱為一率、二率、三率,d 則稱為四率。其求法是二率乘三率除以一率,得
四率,即
三率 二率
一率 四率 。現代數學以 a:b=c:d 則 b×c=a×d(內項×內
項=外項×外項),所以 d=b c a
。此題不管是用「四率法」或「異乘同除」都可以 輕鬆解之。
「今有茴香一千七百二十五斤十二兩七錢五分,每斤換茶四斤半,捴茶幾 何?答:七千七百六十六斤零八五九三七五。術曰:置茴香,斤下留兩為一千七 百二十五斤七九六八七五,以四五乘之。凡斤下帶兩者,以每斤價未捻價,則斤 下位以十六除之,得數以為斤下之分,以斤價乘之,得捻。若以每兩價乘捻,則 十六乘之,化斤為兩,加入斤下之兩為實,以兩價乘之。」17以現代數學算式乃:
12.75÷16=0.796875(斤),1725.796875×4.5=7766.085975(斤)。此題運用了未 見於舊九章的「斤下留兩」口訣。18
「今有田,積十二萬九千六百尺,每畝稅米二十四斗八升,問捻米?答:三 百七十二斗。術曰:古法六尺為步,二百四十步為畝,以六尺自乘,以二百四十 乘之,得八千六百四十尺,即一畝之尺積也,以畝積除田積得十五畝,以每畝稅 米乘之。若以五尺為步,則一畝積為六千尺,以除田積,得二十一畝六分,以每 畝米乘之,得五百三十五斗六升八合。」19以現代數學算式乃:(一)古法:129600÷
(6×6×240)×24.8=372。(二)當時朝鮮五尺為步故算式:129600÷(5×5×240)
×24.8=535. 68。此題在「術曰」中運用了「東國田制自方五尺為一步」的規曰20。
「今有三等田積一萬四千二百七十五尺,每結稅米四斗二升八勺,問捻米?
答:四斗二升三勺七抄九攝二圭。術曰:置田積以三等法七乘之,得九十九負九 束(餘穀不滿五故去之)以每節米乘之。21」以現代數學算式乃:1.4275×70%=
0.99925≒0.999,0.999×4.28 4.23792≒ 。朝鮮民間當時所用的長度單位與中國不 同,分別是「巴」(或作「把」)、「束」、「負」、「結」:1 把=1 尺,1 束=10 尺,1
16 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 39。
17 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 52-53。
18 見洪萬生,〈朝鮮儒家讀九章-以趙泰耉〈九章問答〉為例〉,頁 306。
19 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 53。
20 見洪萬生,〈朝鮮儒家讀九章-以趙泰耉〈九章問答〉為例〉,頁 305。
21 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 53-54。
負=100 尺,10 負=1000 尺,1 結=10000 尺。
朝鮮民間使用的長度單位系統有多種,如「周尺」、「地尺」、「布帛尺」、「營 造尺」等,因此,上述的「尺」到底多長,尚有待查證。除了單位不同之外,還 有一種民間使用的田地分級方式:用現代的語彙理解之即:
表 4-2 朝鮮民間田地分級術語之意義
一等 二等 三等 四等 五等 六等
100% 85% 70% 55% 40% 25%
即每差一等,遞減 15%。例如一等田若為一結,則二等田則為八十五負,三等田 為七十負,四等田為五十五負,五等田為四十負,六等田為二十五負。李朝就是 用這套方法來區分地目,以便稅收之計算。另外還提供這類民間數學的速算法:
「今有甲銀九五色十七兩六錢四分,乙銀八五色七兩九錢二分,丙銀七五色 三兩二錢四分,誤入一爐鎔化,問銀為幾色?人分幾何?答:九色,甲分十八兩 六錢二分,乙分七兩四錢八分,丙分二兩七錢。術曰:置甲銀以九五乘之,置乙 銀以八五乘之,置丙銀以七五乘之,并得紋銀二十五兩九錢二分為宲,并三人原 銀二十八兩八錢為法除實,得九,(即九色也),再列甲原銀,以九五乘之,以九 色歸之,得甲分銀,列乙原銀以八五乘之,以九色歸之,得乙分銀,列丙原銀以 七五乘之,以九色歸之,得丙分銀。22」以現代數學算式乃:(0.95×17.64+0.85×7.92
+0.75×3.24)÷(17.64+7.92+3.24)=25.92÷28.8=0.9。甲得銀:0.95×17.64÷0.9
=18.62;乙得銀:0.85×7.92÷0.9=7.48;丙得銀:0.75×3.24÷0.9=2.7。
從上可知,趙泰耉在寫「粟布」章時為順應當時朝鮮的風俗,都是一些可運 用的題目。程大位在《算法統宗》文中有曰:「粟布章第二(以御交貿變易)粟,
是米也。以粟稻等率,求米之精粗,以斛斗求糧之多寡,以丈尺求帛之長短,以 斤兩,求物之輕重,以御變易。」又「粟布歌」(以穀換糙米,糙米換白米為例 說明不同種類或不同糧食間等價交換之折算方法,這種算法相當於今之比例計 算,粟米折算方法最早載於《九章算術》粟米章並稱之為今有術。今有術是中國 古代的基本算法之一,歴代算書所必論)23影響,筆者也由文中臆測趙泰耉特將 九章中「粟米」改作「粟布」。
4-1-4 衰分
22 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 56。
23 見梅榮照、李兆華校釋,《算法統宗校釋》,(安徽:安徽教育出版社,1990 年),頁 361。
趙泰耉曰:「〈衰分〉以御貴賤廪稅」,24又程大位《算法統宗》文中「衰者,
等也。物之混者,求其等而分之;以物之多寡求之出稅;以人戶第求之差徭;以 物價求貴賤高低者也。」25,李籍《九章算術音義》中曰:「衰分,楚宜切。衰,
差也。以差而平分,故曰衰分。」此一算法相當於今之配分例。衰分為《九章算 術》第三卷之名稱,該卷給出衰分術:「各置列衰,副並為法,以所分乘未並者 各自為實,實如法而一。」其後《孫子算經》、《張邱建算經》均載有這類問題。
宋元以後,衰分問題有進一步發展。如《數書九章》卷九復邑修復題是一個綜合 性衰分問題。《算學啟蒙》卷中差分均配門專門討論這類問題,明代《九章詳註 比類算法大全》卷三亦有不少論述。26
趙泰耉在〈衰分〉章舉了 11 個問題,均屬綜合性衰分問題,筆者大致將之 分為三類(一)「綜合」型比例分配有 1、2、6、7、8、9 題共 6 題。(二)「等比」
型比例分配有第 5 題 1 題。(三)「等差」型比例分配有 3、4、10、11 題共 4 題。
底下就各類型各舉一題分類說明:
(一)「綜合」型比例分配:
例如第 1 題「今有錢一千三百七十五兩二錢,欲貿米、豆、麥三色,要令 米三分、豆二分、麥一分,只云:米、豆價四錢二分,豆斗價二戈八分,麥豆價 一錢八分,問各幾何?答:米二百六石二斗八升,豆一百三十七石五斗二升,麥 六十八石七斗六升。術曰:三倍米斗價二倍豆斗價,加入麥斗價,共得二兩為法,
除捻錢,得麥數二之為豆數三之為米數。27」
用現代數學算式來表示,意即,米數:豆數:麥數=3:2:1,又米斗價為 4 錢 2 分,豆斗價為 2 錢 8 分,麥斗價為 1 錢 8 分,故 1375÷(42×3+28×2+18)
=68.76,即為麥數。
(二)「等比」型比例分配
第 5 題「今有粟一萬一千五百五十七石,令四等人戶,從上作十分之六差分 之,甲等一百二十五户,乙等一百八十三户,丙等二百八户,丁等九十五户,問 每等每户各該幾何?答:甲等四千三百七十五石,每户三十五石;乙等三千八百 四十三石,每户二十一石;丙等二千六百二十石八斗,每户十二石六斗;丁等七 百十八石二斗,每户七石五斗六升。術曰:置捻石以一千通之為實,另置甲等户 以一千通之,乙等以六百通之,丙等以三百六十通之,丁等以二百十六通之,并
24見趙泰耉,《籌書管見》,頁 56。
25見梅榮照、李兆華校釋,《算法統宗校釋》,(安徽:安徽教育出版社,1990 年),頁 371。
26見梅榮照、李兆華校釋,《算法統宗校釋》,(安徽:安徽教育出版社,1990 年),頁 433。
27見趙泰耉,《籌書管見》,頁 59。
四衰得三十三萬二百為法,除實得數,即甲等一户所得之數,六之為乙等每户之 數,又六之為丙等每户之數,又六之為丁等每户之數,仍以各户數乘所得之數,,
得各等捻數。」28
也就是說,乙户所得= 6
10×甲户所得,丙户所得= 6
10×乙户所得,丁户所得
= 6
10×丙户所得,各等户之間所得成等比數列,公比為 6 10。 (三)「等差」型比例分配
第 3 題「今有甲、乙、丙、丁、戊五人,共分銀五百二十一丙八錢五分,
差等分之,要令甲、乙所得之數,與丙、丁、戊所得之數同,問各幾何?答甲 一百三十九兩一錢六分,乙一百二十一兩七錢六分五厘,丙一百四兩三錢七 分,丁八十六兩九錢七分五厘,戊六十九兩五餞八分。術曰:甲五、乙四、丙 三、丁二、戊一,甲乙併得九,丙丁戊併得六,九比六多三,仍以三各添五位 為甲八、乙七、丙六、丁五、戊四,併甲乙為十五,併丙丁戊為十五,合為三 十,以三十除共銀為實,以各人差數甲乙七八之類乘之合問。」29
上述解法用算式表示,即為令甲為 a+5d,乙為 a+4d,丙為 a+3d,丁為 a+2d,戊為 a+d 則可得
甲+乙+丙+丁+戊=52185 甲+乙=丙+丁+戊 即為
(a+5d)+(a+4d)+(a+3d)+(a+2d)+(a+d)=52185……(1)
(a+5d)+(a+4d)=(a+3d)+(a+2d)+(a+d) ……(2)
由(2)可得 2a+9d=3a+6d 得 a=3d
因此五人各再添 3,即為甲 8d,乙 7d,丙 6d,丁 5d,戊 4d,合計共 30d,以 52185 為實,30 為法除之,即可得公差 d。
第 11 題「今有竹九節,只云:上四節容米一升四合,下三節容米二升一 合,問每節容米?答:第一節七合十一分合之七,第二節七合,第三節六合十 一分合之四,第四節五合十一分合之八,第五節五合十一分合之一,第六節四 合十一分之五,第七節三合十一分合之九,第八節三合十一分合之二,第九節
28見趙泰耉,《籌書管見》,頁 61-62。
29見趙泰耉,《籌書管見》,頁 69。
二合十一分合之六。術曰:以四節乘二升一合,以三節乘一升四合,二數相減 餘四十二為宲,并四節三節為七折半,得三半,以減九節,餘五節半,以四節 三節相乘得十二,以乘五節半,得六十六為法除宲,宲小故命分,得十一分之 七,即每節之差也,置下節米二升一合,以三歸之得七合,加十一分之七為七 合十一分合之七,即第一節容米也,逓減十一分之七,得各節容米○,又術置 二升一合,以三節歸之,得七合,置一升四合,以四節歸之,得三合半,以減 七合,餘三合半為宲,自第三節數至第七節,得五層,加半層得五五為法除宲,
亦為十一分之七,即差數也。」30
其上第 11 題「竹九節」應該是《九章算術》「均輸」章的問題。31 4-1-5 少廣(即開方法)32
趙泰耉曰:「〈少廣〉以御積冪方圓」。33古中國的開平方法、開立方法都記 載於《九章算術》第四卷中,其理論依據則是二項展開式的應用,說明如下:
a b 2 a2 2ab b 2 a2
2a b b
a b 3 a3 3a b2 3ab2 b3 a3 3a2
3a b b b
在《籌書管見》中,提到的開方法(共 27 題):一是開「平方」法(1-10 題),
二是開「立方」法(16-22 題),三是開「帶縱平方」法(即含有一次項的一元二 次方程式)(11-15 題),四是開「帶縱立方」法(23-25 題),第 26、27 題則分別 需要用到開四次方根與開五次方根。
(一)開平方例式
表 4-3 開平方法
題目 籌算 解法
30 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 65-66。
31 見洪萬生,〈朝鮮儒家讀九章-以趙泰耉〈九章問答〉為例〉,頁 306。《九章算術》「少廣」章 包括一些非開方問題如:已知長方形面積及一邊長,求另一邊長。参考郭書春:《九章算術》,
頁 259-265。
32 見洪萬生,〈朝鮮儒家讀九章-以趙泰耉〈九章問答〉為例〉,頁 306。参考郭書春:《九章算 術》,頁 365-366
33 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 43。
今有平方積 二十二萬五 千六百二十 五尺,問方 面?
答:四百七 十五尺34。
初商 實 方 隅 次商
實 方
隅 又次商
實 方
隅
置積為實,實數滿萬,可商數百,隅超三位 立於萬尺之下,上商四百,以隅呼商,置四 百於隅法之上為方,法以方呼商,除實十六 萬,餘實六萬五千六百二十五尺,復以隅乎 商加入方,法得八百,方法退一位,隅退二 位,次商七十,置於四百之右,以隅乎商,
置七十於隅法之上,得方法八百七十,以乎 次商七八五十六,除實五萬六千,又呼七七 四十九,除實四千九百,餘實四千七百二十 五,復以隅乎商加入方,法得九百四十,方 退一位,隅退二位,次商五尺置於七千之右,
以隅乎商,置五於隅法之上,得方法九百四 十五,以呼次商五九四十五,除實四千五百,
又呼四五二十,除實二百,又呼五五二十五,
除實恰盡。
(二)開立方例式
表 4-4 開立方法
題目 籌算 解法 今有立方積一萬
五千六百二十五 尺,問方面幾何?
答:二十五尺。35
商 實 方
廉 隅
商 實 方 廉 隅
實滿千可商一千,隅法超二位橫置於實數 千位之下,上商二十,以隅呼商,得廉法 二千,得廉法二千,以廉呼商,得方法四 百,以方呼商除實八千,餘實七千六百二 十五,隅呼商加廉得四十,廉呼商加方得 一千二百,復以隅呼商加得六十,方一退,
廉二退,隅三退,次商五尺,隅呼商加廉 得六十五,廉呼商加廉得一千五百二十 五,方呼商除實恰盡。
上述「開平方」、「開立方」皆與《楊輝算法》相同。36趙泰耉在「開平方」、「開
34 此題見趙泰耉,《籌書管見》,頁 67。
35 此題見趙泰耉,《籌書管見》,頁 75。
36 參考王文珮,《楊輝算書探微:一個 HPM 的觀點》,(台北:國立台灣師範大學學系教學碩士
立方」法的術曰中,分別都提供「依圖布籌」,同時也呼應了前文中的「開方定 商法」。37
(三) 開帶縱平方例式
「今有直積三千一百二十尺,只云長多闊十七尺,問長、闊各幾何?」38 根據題意,此題相當於解一元二次方程式 x217x3120。底下則是趙泰耇的計 算過程:
直積為實,立一隅於百尺之下
,以長多十七尺為從方,置於 隅上。
上商四十,以隅呼商,亦置四 十於隅上,併從方得五十七為 法,以呼上商。
除實二千二百八十尺,餘實八 百四十,以隅呼商,加入方法 為九十七。
方一退,隅二退,次商八尺,
以隅呼之,加入方為一百五尺
,呼商除實恰盡,得四十八尺
。
(四) 開帶縱立方例式
「今有立直積一萬七千五百尺,只云:高多方三尺,問方及高?」39
班碩士論文,2002 年 8 月),頁 63-76。
37 見洪萬生,〈朝鮮儒家讀九章-以趙泰耉〈九章問答〉為例〉,頁 306。此一佈籌開方圖示十分 珍貴,因為中國古代數學文本中,我們找不到類似的例証。
38 此題見趙泰耉,《籌書管見》,頁 73。
39 此題見趙泰耉,《籌書管見》,頁 80。
商
實 3120
從方 17
隅 1
商 40
實 3120
從方 57 (40+17) 隅 1
商 40
實 840 (3120-40×57) 從方 97 (40+57) 隅 1
商 48 (40+8) 實 0 (840-105×8) 從方 105 (97+8) 隅 1
上述題目,用現代數學符號表示即為解一元三次方程式 x2
x 3 17500,其所使用方法如下:
直積為實,上商二十,隅呼商 得廉二十,加入從廉三尺,得 二十三。
呼商得方,四百六十,呼商除 實九千二百,餘實八千三百。
隅呼商加廉得四十三,廉呼尚 加方得一千三百二十。
隅又呼商加廉為六十三,方廉 隅各退,次商五尺。
隅呼商加廉得六十八,呼商加 方得一千六百六十,呼商除實 恰盡得方二十五尺。
4-1-6 商功(附堆積法)
趙泰耉曰:「〈商功〉以御功程積實40」。「商功」章共有 31 題,前 19 題都與 中國《九章算術》〈商功〉題類似,後 12 題則與「堆積(垜)法」類似41。趙泰
40 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 43。
41 見洪萬生,〈朝鮮儒家讀九章-以趙泰耇〈九章問答〉為例〉,頁 306。
商 20
實 17500
方 廉 23 (1×20+3) 隅 1
商 20
實 8300 (17500-460×20) 方 460 (23×20) 廉 23
隅 1
商 20
實 8300
方 1320 (43×20+460) 廉 43 (1×20+23) 隅 1
商 20
實 8300
方 1320 (43×20+460) 廉 43 (1×20+23) 隅 1
商 25 (20+5) 實 8300
方 1320
廉 63 (1×20+43) 隅 1
商 25
實 0 (1660-1660) 方 1660 (68×5+1320) 廉 68 (1×5+63) 隅 1
耇曰:「方內容圓四分之三,圓內容方三分之二,圓容六角八分之七,六角容圓 七分之六,三角容圓七分之四,圓容三角十六分之七,立方容圓十六分之九,立 圓容方三分之一;方五斜七,正六面七,勾三股四斜五,、穿四壤五堅三。」42 是為了計算方便,取其大約數。此方法應是引自《算法統宗》,程大位列舉了「方 圓定則九圖」如下:
周三徑一
徑 十 尺
尺 十
三 周
論周三徑一不足 周求徑三歸 論徑一周三有畸 經求周三因
方內容圓
四 分 之 三
方 內 容 圓
周自乘法用十二除乃是原 三乘方四之法
徑自乘法用三因為圓四歸 為方積三因四歸
圓容六角
圓 容 六 角 八 分 之 七
積八歸七因
方五斜七論
方 五 尺 尺 七 斜
論方五斜七有畸 方求斜十四乘 論斜七方五不足 斜求方十四除
圓內容方
三 分 之 二
圓 內 容 方
積三歸二因
六角容圓
七 分 之 六
六 角 容 圓
積七歸六因
正六面七 三角容圓 圓容三角
42 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 12。
六 正
步 步 步
七 七
面 面
步 七 面
弦求徑六因七歸 徑求弦七因六歸
七 分 之 四
三 角 容 圓
積七歸四因
十 六 分 之 七
圓 容 三 角
積十六除七因
圖 4-1 方圓定則九圖43
而在《雜九章算術》「商功」單元方面,程大位曾提及:「『商』,度也。商量 用力之法也。以堅壤之率求穿地之實,以廣闊高深,求城塹溝渠之積,以車往來 求程途負載之功。」44在上述體積的公式說明後,趙泰耉他藉由上一單元的基礎,
引導學習者能實際應用於計算建築物的體積。簡單說明了在土建工程時,其『穿 積』:『堅積』:『壤積』=4:3:5,45並繼而提出築土建工程的類型,包括:「城 積」、「河積」、「方堡壔」、「圓堡壔」、「方亭臺」、「圓亭臺」、「方錐」、「圓錐」、「築 圓城」等,即土建工程中的體積計算問題。然後進而介紹建築物的體積公式,以 使人力能發揮的更有效率。
趙泰耉於「商功」中第 4 題問曰:「今穿地,廣三尺,長五尺,深七尺,問 穿地及壤、堅各幾何?」46答曰:「穿地一百零五尺,壤一百三十一尺二寸五分,
堅七十八尺七寸五分。」其方法為:「長廣相乘,以深乘之,得穿積。以五乘積,
以四除之得壤積。以壤積,三因四歸,得堅積。」依現今之算法如下:穿地積=
3×5×7=105 ,又因為『穿積』:『堅積』:『壤積』=4:3:5 , 所以壤積=105×5 4
=131.25 , 堅積=131.25×3
5=78.75。
〈商功〉章中,趙泰耉在所附上「堆積(垜)法」,也有完整的介紹。這個 單元大抵為探討堆垛個數的問題。按一定規律堆放的物體來計算總數,或由物體 的總數推估外層或上層的個數,前者稱「堆積」,後者稱「還原」,相當於今之數 列、級數的計算。內容包含茭草底子、倚牆尖堆、倚牆平堆、三稜算子、堆垛、
小梯垛、大梯垛、圓箭、方箭、三稜箭、三角垛果子、四角垛果子、三角四角果
43 趙泰耉在〈雜法〉明顯少了許多,參考本文 3-5-5〈雜法〉
44 引明.程大位《算法統宗》(商功第五章),收入郭書春主編,《中國科學技術典籍通彙》數學 卷第二分冊,鄭州:河南教育出版社‧1993 年,頁 1338
45 《九章算術》商功章第一題術曰:「穿地四,為壤五,為堅三,為墟四。」穿謂鑿,壤謂疏鬆 的土,堅謂牢固的土。
46 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 85。
子各一所、圓毬、金毬、缶瓶堆垛、積罌等等。
事實上,堆垛術的創始者為北宋沈括的隙積術,而其萌芽可追溯至《九章算 術》的芻童術。《算學啟蒙》、《四元玉鑑》、《丁巨算法》、《算法全能集》、《詳明 算法》、《九章詳註比類算法大全》與《田畝比類乘除捷法》等書,皆曾討論堆垛 的問題,而這部分所討論的問題有大部分取材自《詳明算法》、《田畝比類乘除捷 法》、《算學啟蒙》等書,當然更提及利用《九章算術》中的「芻童術」來解題,
但卻無寫出芻童術的做法。
「隙積術」也就是一般所說的垛積問題,而在中國最早研究對此門加以研究 是北宋時代的沈括(西元 1032-1095),此外,楊輝、朱世傑也在隙積這個領域有 所貢獻,47正如清代數學家顧觀光所說:「堆垛之術詳於楊氏、朱氏二書,而創 始之功,斷推沈氏。」48
下表是《籌書管見》中提到隙積問題,筆者為之加上圖示,並佐以現代數學 符號表示法。其中「圓物」即《籌書管見》之「箭圓束」。「圓箭」、「方物中心無 一」應是來自《算學啟蒙》。
表 4-5 隙積術說明
類型 圖示 例題與解法 以現代數學符號表示 圓物
公差 6
1、6、12、18、24…
22 今有竹箭圓束,外 周五十四,問積?答:
二百七十一個。49
271 2 1
6 6 54
54
方物 公差 8
1、8、16、24、32…
24 今有方束,外周三 十二,問積?答:八十 一。50
32 32 8 8 2 1 81
四方垛
12+22+32+…+
n2=?
28 今有四角果垛,每 面底闊十二個,問積?
答:六百五十個。51
112 12 1 12
2 650 3
47 參考自李儼、杜石然,《中國古代數學簡史》(台北:九章出版社,2000 年),頁 172。
48 參考顧觀光,《九數存古》,卷五。参考林肯輝,《《書計瑣錄》之內容分析》,台北:國立台灣 師範大學學系教學碩士班碩士論文,2003 年,頁 83。
49 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 89。
50 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 89。
51 見趙泰耇,《籌書管見》,頁 90。
三稜物 公差 9
1、9、18、27、36…
26 今有三稜平積,外 周四十五束,問積?
答:一百三十六個。52
45 45 9
1 136 9 2
三角垛
1+(1+2)+(1
+2+3)+…+(1
+2+3+…+n)
=?
29 今有三角果垛,每 面底闊十八個,問積?
答:一千一百四十個。
53
18 18 2 18 1 6 1140
趙泰耉在此處均有同數據,反問的問題,為比較特殊的論述,故依上圖表分 列之。
4-1-7 均輸
趙泰耉曰:「〈均輸〉以御遠近勞費」。54相對於前節「商功」章的龐雜內容,
「均輸」章只有 7 題,包括了《九章算術》「商功」章的傳統題型如第 1 題「今 有倉粟二萬零二百七十六名,令三鄉人戶分,納量戶口多寡,道里遠近,價值高 下,而均輸之上鄉三百二十四戶,距倉三百里,粟石價四兩五錢,中鄉四百八十 六戶,距倉四百五十里,石價三兩六戈,下鄉二百八十六戶,距倉六百五十里,
石價二兩二錢,問各戶設納幾何?答:上鄉納六千五百七十六石,每戶二十石二 十七分石之八,中鄉納八千二百二十石,每戶十六石八十一分石之七十四,下鄉 納五千四百八十石,每戶十九石一百四十三分石之二十三。術曰:列置三鄉,戶 數以上鄉三百里乘石價四兩五錢,得十三兩五錢,以除上鄉戶,得二十四分,以 中鄉四百五十里乘石價三兩六錢,得十六兩二錢,以除中鄉戶,得三十分,以下 鄉六百五十里乘石價二兩二錢,得十四兩三錢,以除下鄉戶,得二十分,并得七 十四分,以除捴粟,得二百七十四石,以二十四乘之,即上鄉所納,以三十乘之,
即中鄉所納,以二十乘之,即下鄉所納,仍各以其戶除之,得各鄉每戶所納。」
55至於第 6 題「今有三女寧親,大女七日一來,中女五日一來,小女三日一來,
問三女幾日同會?答:一百零五日。術曰:以五乘之,再以三乘之。」56此題型 原載於中國《孫子算經》,57趙泰耉何以編入此章,值得探究!而後「九章問答」
第四十三條中提供說明為何「術曰:以五乘之,再以三乘之。」(現代數學最小 公倍數 7×5×3)其說明如下:「問三女寧親何其多日,而得會耶?曰:五七三十
52 見趙泰耇,《籌書管見》,頁 90。
53 見趙泰耇,《籌書管見》,頁 91。
54 見趙泰耇,《籌書管見》,頁 43
55 見趙泰耇,《籌書管見》,頁 92-93。
56 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 95。
57 見洪萬生,〈朝鮮儒家讀九章-以趙泰耉〈九章問答〉為例〉,頁 306。
五日,則大女、中女會,而小女不在,三五十五日,則中女、小女會,而大女不 至,三七二十一日,則大女、小女會而中女不來,故必百五乃得參會也。」58但 是並未指出此一問題與「均輸」之關係何在。
4-1-8 盈朒
趙泰耉曰:「〈盈朒〉以御隱雜互見」59。「盈不足術」又稱「盈朒術」,為《九 章算術》中第七章。典型的盈不足問題是買物問題,各人所出 A,盈 a,所出 B,
不足 b,求人數、物價,計算時排列如下圖。根據《九章算術》「盈不足術」的
「術曰」可以整理成
不盈不朒之正數=
b a
Ba Ab
物價= A B
Ba Ab
人數= A B b a
。60
若用代數方法檢驗之,可以看成一個線型函數的問題,設我們欲求出的「不盈不 朒之正數」為 x,即此 x 可使線型函數 f(x)=0,而依題意的條件可列 f(A)=a,
f(B)=-b(負表示不足),我們假設此線型函數為 f(x)=kx+h,k,h 為常數,則依條件 可列出聯立方程式:
f(A)=kA+h=a…(1) f(B)=kB+h=-b…(2)
(1)-(2)得 k=
B A
b a
,代回(1)可得 h=
B A
Ba Ab
,即 f(x)=
B A
b a
x+(
B A
Ba Ab
)
因為 f(x)=0,故 x=
b a
Ba Ab
,即不盈不朒之正數。而 k=
B A
b a
即人數,h=
B A
Ba Ab
即物價。
《九章算術》中除了「盈不足」術外,還有兩類:一是「兩盈」或「兩不 足」;二是「盈適足」或「不足適足」。「兩盈」的情況只需改(1)中的 a 為-a 即可,
「兩不足」的情況則改(2)中的-b 為 b,可得到
58 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 174。
59 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 43。
60 參考郭書春,《古代數學泰斗-劉徽》(台北:明文出版社,1995 年),頁 19-20。
A B
a b
不盈不朒之正數=
b a
Ba Ab
物價= A B Ba Ab
人數= A B b a
。61
「盈適足」或「不足適足」則可分別令 b=0 或 a=0,即可得到 盈適足:
不盈不朒之數=B 人數= A B
a
物價= A B
Ba
不足適足:
不盈不朒之數=A 人數= A B
b
物價= A B
Ab
《籌書管見》〈盈朒〉有 10 個例題,其中「盈不足」有第 1、2、7、9 題共 4 題,「兩盈」有第 3、4 共 2 題,「兩不足」有第 5 題 1 題,「盈適足」或「不足 適足」有第 6、8、10 題共 3 題。以下摘錄兩題分析:
今有人分物,不知其數,只云每人七個盈七個,每人九個不足十一個,問 人數、物數各幾何?答:人九,物七十個。術曰:此問一盈一不足也,以 每人為分母,盈不足為分子母互乘,子并之為物宲,并盈不足為人宲,兩 分母相減,以其餘為約法以除物宲得物除人宲得人,依啚布籌。左上乘右 下得六十三,右上乘左下得七十七,并為一百四十,并盈不足為十八,另 以七個九個相減得二為法,除一百四十為物數,除十八為人數。62
此題是典型的「盈不足」問,按右圖所示:
根據公式得:
不盈不朒之正數=7 11 9 7 7 11
=140 18 物數= 140
7 9 70
人數= 18
7 9 9
。
61 參考郭書春,《古代數學泰斗-劉徽》(台北:明文出版社,1995 年),頁 20-21。
62 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 95-96。
9 7 11(不足) 7(盈)
故物數共 108 個,人數共有 24 人,每人應分140 18 個。
今有店主招客,每房九人餘四十三人,每房十二人餘四人,問房及人幾何?
答:房十三,人一百六十。術曰:此兩盈也,依啚布籌。母互乘,子相減,
為人宲兩盈,相減為房宲,分母相減餘三,為法除各宲合問。63 我們可用盈朒術解之,是為「兩盈」的問題。如右圖排列各
數。則
不盈不朒之正數= 9 4 12 43 43 3
=480 39 。 人數= 480
43 4 160
房間數= 43 3
12 9 13
。
趙泰耉在〈盈朒〉章的「術曰」中,又恢復「依圖佈籌」之方式,是故此一 佈籌開方圖示十分珍貴,因為中國古代數學文本中,我們找不到類似的例証。64 底下再舉一《九章算術》例題
金瓶十二隻,銀瓶十五隻,稱之重適等,交換一隻而稱之,金輕銀五兩七 錢半,問二色各一重幾何?曰:金瓶一重二十八兩七錢半,銀瓶一重二十三 兩。
此題在《九章算術》中是放在「盈不足」章第十八題,以盈朒術求之。《算法統 宗》則將這題放在「衰分」章。以下分別根據《九章算術》中的「盈朒術」與《籌 書管見》中的「衰分術」,以現代數學符號呈現。
表 4-6 盈不足術與衰分術
盈不足術 衰分術
假設金一重 x 兩,銀一重 y 兩。依題意 得 12x=15y。
則吾人可令 f(x)=(14y+x)-(11x+y)-5.75 即 f(x)=13y-10x-5.75
欲求 x 使 f(x)=0。
12 金=15 銀。
先將互換後的重量差除以 2。
5.75÷2=2.875
以此分別乘以原銀、金的個數:
15×2.875=43.125
63 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 96-97。
64 見洪萬生,〈朝鮮儒家讀九章-以趙泰耉〈九章問答〉為例〉,頁 306 之註 40。
12 9 4 43
(盈) (盈)
(1)先令 12x=15y=120 則 x=10,y=8
故 f(10)=13×8-10×10-5.75=-1.75 亦即當 x=10 時,不足 1.75 (2)次令 12x=15y=240
則 x=20,y=16
故 f(20)=13×16-10×20-5.75=2.25 亦即當 x=10 時,盈 2.25
利用盈朒術:
10 20 1.75 2.25 不盈不朒之正數 x=
75 . 1 25 . 2
75 . 1 20 25 . 2 10
=14.375
再利用 12x=15y 即可求出 y=11.5 答:金一重 14.375 兩,銀一重 11.5 兩
12×2.875=34.5
原金、銀個數相減 15-12=3 再以 3 除上述兩積:
43.125÷3=14.375 即金一重 34.5÷3=11.5 即銀一重。
以現代代數檢驗:
設原金 a 塊,每塊重 x;銀 b 塊,每塊 重 y。互換 p 個後,金比銀輕 w。則:
ax=by…(1)
(a-p)x+y=(b-p)y+x-w…(2) 利用加減消去法得
x=
p b a bw
1
y=
p b a aw
1 ,因為此題是交換 1 個故 x=
b ab w
2 ,即金一重 y=
b aa w
2 ,即銀一重。
4-1-9 方程
趙泰耉曰:「〈方程〉以御錯糅正負。」65此單元實為《九章算術》中的第八 章:方程。〈方程〉是《九章算術》中最高的成就。66由於〈方程〉章中包含了
「正負術」67。
《九章算術》中的方程術已經可以解決五元一次方程組了,甚至如「五家 之井」更是六元之不定方程組。但《籌書管見》「方程」舉 10 題目,其中二元方 程組有第 1、2、3、9 共 4 題,三元方程組有第 4、5、7、8、10 共 5 題,四元方 程組有第 6 題 1 題。如前章一樣「依圖佈籌」了珍量史枓,至於解題方式,筆者 以其中二例說明:
問鼎三彝二共重一百五十五兩,又鼎四彝五共重二百六十五兩,鼎彝各重
65 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 43。
66 見郭書春,《古代數學泰斗-劉徽》(台北:明文出版社,1995 年),頁 38。
67 《九章算術》「正負術曰:同名相除,異名相益,正無入負之,負無入正之。其異名相除,同 名相益,正無入正之,負無入負之。」見劉鈍、郭書春點校,《算經十書》(台北:九章出版 社,2001 年),頁 175。
幾何?曰:鼎三十五兩,彝二十五兩。術曰:布籌。先以右上三偏乘左行,
左行鼎十二彝十五,重七百九十五兩,次以左上四偏乘右行,右行鼎十二 彝八,重六百二十兩,仍以右行減左行,鼎空彝七,重一百七十五兩,即 彝之重上法下宲而一,得彝重二十五兩,置彝重,就本圖以彝二乘之,得 五十兩,以減共重,餘一百五兩,即三鼎之重,以三除之,得鼎重。68
《籌書管見》中「方程」的計算格式為「直式」,如右圖。對 照今人所用的「橫式」,設一個鼎重 x 兩,一個彝重 y 兩,依 題意列式:
3x+2y=155…(1) 4x+5y=265…(2)
第(1)式等同於右式,第(2)式等同於左式。「方程術」的 精神是利用「互乘消去法」,69為了使兩式 x 的係數相等以便 消去,今人會將第(1)乘 4,第(2)式乘 3,等同於《籌書管見》
中方程術以鼎 3 乘左式,以鼎 4 乘右式,如右圖中箭頭所示。
再以(1)減(2),即左右兩式相減,就可以將 x(即鼎)消去,而 求出 y(即彝),再將求出的 y 代入(1)即右式,即可求出 x。
4-1-10 勾股
趙泰耉曰:「〈勾股〉以御高深廣遠。」70「勾股」的內容與中算文本中,吳 敬《九章算法比類大全》(1450 年)71、楊輝《詳解九章算法》(1261 年)的〈勾股 生變十三名圖〉、72程大位《算法統宗》(1592 年)的〈勾股名義生變一十三名〉均 相同,而《籌書管見》的〈勾股〉則增加了勾股積、勾冪、股冪及弦冪,減少了 弦較和,共有十六種情形。而〈勾股〉這個說法最早出現在顧應祥的《勾股算術》
(1533 年)中。73金容雲在《籌書管見》(1718)書前,有提到口訣是參考《詳明算
68 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 101-102。
69 即今國內中小學數學教科書中之「加減消去法」。
70 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 43。
71 見楊輝,《楊輝算法》,收入郭書春主編《中國科學技術典籍通彙》數學卷第一分冊(鄭州:
河南教育出版社,1993 年),頁 974。
72 見程大位,《算法統宗》收入郭書春主編《中國科學技術典籍通彙》數學卷第二分冊(鄭州:
河南教育出版社,1993 年),頁 1364。
73明‧顧應祥,《勾股算術》,收入郭書春主編《中國科學技術典籍通彙》數學卷第二分冊,(鄭 州:河南教育出版社,1993 年),頁 976。
左 右 265 155
(積 795) (積 620)
彝 彝 5 2
(積 15) (積 8)
鼎 鼎 4 3
(積 12) (積 12)
圖 4-2 方程術(直式)
法》及《算法統宗》。74
《籌書管見》〈勾股〉章共有 18 題,如下表所示:
表 4-7 勾股章各題比較
題號 名目及條件 術曰
1.2.3
勾股弦互求 已知 a,b 求 c 已知 a,c 求 b 已知 b,c 求 a
c= a2 b2 b= c2 a2 a= c2 b2
4.5.6.7
勾股與諸較及諸和求勾股弦 已知 a,c-b
已知 b,c-a 已知 b,c+a 已知 a,c+b
c+b=c b a
2
c+a=c a b
2
c-a=c a b
2
c-b=c b a
2
8 勾弦和、勾弦較求勾股弦
已知 c+a,c-a b= (ca)(ca)
9 勾、股求容方 S=
b a
ab
10.11. 比例勾股
12 勾、股求容圓徑
已知 a,b,c 圓徑=
c b a
ab
2 4 1
13.14 勾與股弦差求股
已知 a,c-b c+b=
b c
a
2
15.16. 立表測望 17.18 勾、股、弦求面積
已知 a,b,c
74見趙泰耉,《籌書管見》,頁 103-104。由此可臆測「勾股」的部份可能是參考自《算法統宗》。
趙泰耉用最簡易勾股數字來表達勾股術中的意義,解法也都是利用中算的 古法求作,其中包含八種題型及測量題,前七種題型與《九章算術》及《九章 算法比類大全》均相同,「弦與勾股和較求勾股」未被列入,「已知股與勾弦較 求勾與弦」(題 5)是新增,題目如下:「今有股十二尺,句弦較六尺,問弦及句?
答:弦十五尺,句九尺。術曰:股自乘,以較除之,得二十四,即句弦和數也,
加較半之得弦,減較得句。」75立一表、立二表三角測量問題(第 15 題如下表,
第 16 題),以及已知直角三角形三邊長,求其面積之問題(題 17、18)。而本 章也附錄了幾個圖形,其中最後四題之附圖還相當複雜精準,76但作者並未提 供『勾股定理』之圖形證明,實在令人不解。77。
第 10 題附有「歌訣」(後表敘述),第 15 題附有「解曰」,第 16 題題目如 下:「今有隔海望山立二表,高各五步,相距千步,前後参直,徙前表,卻行 一百二十三步,人目著地,取徑島山,與前表参齊,復從後表卻行一百二十七 步,人目著地,取望島山,亦與後表参齊,問島高及島距前表幾何?答:島高 一千二百五十五步,前表距島遠三萬七百五十步。術曰:以表高乘表間得積,
於後表卻行內減前表卻行餘四步為法除之,加表高,得島高,以前表卻行乘表 間,以相多四步為法除之,得島遠。楊輝曰:海島以重差為術,前表距木遠,
乃小股中容積一段,後表去木遠,乃大股中容積一段,以小容積減大容積,其 餘減不盡者,在前後表兩界之中,名表間積,所以古人以表高乘表間為宲,以 前啚小餘股減後啚大餘股,以餘除表間積,得弦外之高,本是大容積減小容積 餘為宲,大餘股減小餘股餘為法,以法除宲加表高為句之通長。」78其中「楊 輝曰」,79其他的類型都未見於《九章算術》「勾股」章。它們可能源自《楊輝 算法》。80
75 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 113。
76 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 116-119。
77 見洪萬生,〈朝鮮儒家讀九章-以趙泰耉〈九章問答〉為例〉,頁 306。
78 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 117-119。
79 見郭書春 (1993),《籌書管見》〈勾股〉第 15 題與楊輝《續古摘奇算法》之『遙望木竿』3 題 相同。後者收入《楊輝算法》(本書含《乘除通變本末》,《田畝比類乘除捷法》與《續古摘奇 算法》),頁 1113-1116。
80 見洪萬生,〈朝鮮儒家讀九章-以趙泰耇〈九章問答〉為例〉,頁 307。
由上為第 15 題的圖形及解法,原文的圖形雖然不是很正確,82但仍然可以 看出趙泰耉的解題方法,以及他想用圖形來幫忙解題。趙泰耉在這裡先說明:
句股弦法是已知二段求一段,但這裡只有句,沒有弦及句股積,故用大小相似 句股形求得大股。
在楊輝《詳解九章算法》的基本題都是用(8,15,17)勾股數,趙泰耉則是
81 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 116-117。
82 見趙泰耉,《籌書管見》,頁 117。圖形有出入,但並不影響解題方法與結果的正確性。
15、今有立木,不知其高,從木 根退至二十五尺,立一表,
表高九尺,從表退五尺,復 立短表高三尺,人目著短表 端望木梢與前表端齊平,問 木高?
荅:三十九尺。
術曰:置前表距木遠二十五 尺為大句,前表減後餘六尺為小 股,以乘大句為實,以兩表間五 尺為小句以除實得大股三十尺 即表上之高也,加表高三十九 尺。81
解曰:勾股之法以二段求一段,
此只有句,而無弦、無積 不可以求股也,故退作小 句股,其形與大句股相 似,以異乘同除求之得大 股。
現代的解法: 若大句=25 , 小股=9-3=6,小句=5,
大股 :25=6:5 則 大股 =30 ∴ 木高=30+9=39
另解曰:以直形補成倒順兩句股,則弦之內 外各有直積一段兩積相同,以小股除 之得大句,小句除之得大股。以小股 乘二十五尺為容方積,以小句為餘句 除之得餘股。
這裡他把把小句看成餘句,則 小股×大句=容方積
容方積/餘句=餘股。
大股 小股大 句
小 句
熱愛(3,4,5),這或許是他在《雜法》中,特別指出勾三股四弦五的原因吧。《九 章算法比類大全》83「卷九」一開始是勾股弦互求三種算法,再來勾股弦圖、勾 股生變十三名圖、古問二十四問、比類二十九問以及詩詞四十八問,比類前五題 的數字是(27,36,45)即(3,4,5)來處理,由以上的資料顯示,趙泰耉《籌書管 見》的「勾股」部份,也可能是以《九章算法比類大全》為主要的參考文本。
趙泰耉利用兩個圖形來解釋本章題 1-8 的解法,這裡包括了勾股定理與「勾 弦和」,「勾弦較」,求股等等所謂的「勾股」之術。84針對「勾股容方」(本章題 9)與「勾股容圓」(本章題 12),趙泰耉所提供的兩個圖形不具一般性,而且他 的論述並未脫離圖形之特定關係,他顯然並未有效地證明了勾股定理。以下為題 9 及題 12 的圖形及解法:
9、今有勾股容方,只云(句)二十一尺,
股二十九尺,問容方面?
荅:十二尺一寸八分。
術曰:句股相乘得倍積為實,并句股為 法除實。
解法:s=
b a
ab
= 12.18 29
21 29 21
83 引郭書春《古代世界數學泰斗-劉徽》,(台北:明文書局,1995 年),頁 418-420。明朝出現 了兩部在 《九章算術》影響下縞纂的重要的數學著作,一是吳敬的《九章算法比類大全》,
一是程大位的《算法統宗》。吳敬,字信民,仁和(今杭卅巿)人。當擔任過浙江布政使司的冪 府,掌管全省田賦和稅收的會計工作。積十年多的時間,於 1450 年完成《九章算法比類大全》
十卷。在第一卷之前的首卷列出了大數記法、小數記法、四則運算等內容。第一卷到第九卷收 集了《九章》、《海島》、《緝古》、《詳解九章算法》等著作中的題目作為“古問”,並以結合當時 人民生活實用性問題,特別是與商業資本有關的應用題比類,共一千多個問題,依照《九章》
的名目方田、粟栗米、衰分、少廣、商功、均輸、盈朒、方程、勾股分成九類。這是楊輝比類 思想的進一步發展。它對後來幾百年的的中國著作起了規範的作用 。而程大位(1533~1606),
字汝思,號賓渠,安徽休寧(今安徽省黃山市屯溪區)人。少年聰慧,讀書廣博,對文字學、書 法、數學尤感興趣。20 歲起在長江中下游一帶經商,他搜羅了很多數學著作,遍訪明師。60 歲(1592)完成《直指算法統宗》十七卷,匯集了 595 個數學應用問題,大部分是傳本數學書 中摘錄的。程大位為了這部著作,花費了不少心血。
84見趙泰耇,《籌書管見》,頁 179-180。趙泰耇所提供的兩個圖形不具一般性,而且他的論述並 未脫離圖形之特定指涉,所以,他顯然並未有效的證明了勾股定理。不過。他顯然只訴諸這兩 個圖形,就同時為本章題 1-8 的解法,提供了合理的說明。