又有积一万六千四百四十八亿六千六百四十三万七千五百尺。问为立圆径几 何?答曰:一万四千三百尺。
---------------------------------------------------------------------------
直径=开立方 16V/9=14300 尺
〔依密率,为径一万四千六百四十三尺四分尺之三。〕 开立圆术曰:置积尺数,以十六乘之,九而一,所得,开立方除之,即立 圆径。
〔立圆,即丸也。为术者,盖依周三径一之率。令圆幂居方幂四分之三,圆 囷居立方亦四分之三。更令圆囷为方率十二,为丸率九,丸居圆囷又四分之三也。
置四分自乘得十六,三分自乘得九,故丸居立方十六分之九也。故以十六乘积, 九而一,得立方之积。丸径与立方等,故开立方而除,得径也。然此意非也。何 以验之?取立方棋八枚,皆令立方一寸,积之为立方二寸。规之为圆囷,径二寸, 高二寸。又复横因之,则其形有似牟合方盖矣。八棋皆似阳马,圆然也。按:合 盖者,方率也,丸居其中,即圆率也。推此言之,谓夫圆囷为方率,岂不阙哉? 以周三径一为圆率,则圆幂伤少;令圆囷为方率,则丸积伤多,互相通补,是以 九与十六之率偶与实相近,而丸犹伤多耳。观立方之内,合盖之外,虽衰杀有渐, 而多少不掩。判合总结,方圆相缠,浓纤诡互,不可等正。欲陋形措意,惧失正 理。敢不阙疑,以俟能言者。
黄金方寸,重十六两;金丸径寸,重九两,率生于此,未曾验也。《周官· 考工记》:“朅氏为量,改煎金锡则不耗,不耗然后权之,权之然后准之,准之 然后量之。”言炼金使极精,而后分之则可以为率也。令丸径自乘,三而一,开 方除之,即丸中之立方也。假令丸中立方五尺,五尺为句,句自乘幂二十五尺。
倍之得五十尺,以为弦幂,谓平面方五尺之弦也。以此弦为股,亦以五尺为句, 并句股幂得七十五尺,是为大弦幂。开方除之,则大弦可知也。大弦则中立方之 长邪,邪即丸径。故中立方自乘之幂于丸径自乘之幂,三分之一也。今大弦还乘 其幂,即丸外立方之积也。大弦幂开之不尽,令其幂七十五再自乘之,为面,命 得外立方积,四十二万一千八百七十五尺之面。又令中立方五尺自乘,又以方乘 之,得积一百二十五尺,一百二十五尺自乘,为面,命得积,一万五千六百二十 五尺之面。皆以六百二十五约之,外立方积,六百七十五尺之面,中立方积,二 十五尺之面也。
张衡算又谓立方为质,立圆为浑。衡言质之与中外之浑:六百七十五尺之面, 开方除之,不足一,谓外浑积二十六也;内浑,二十五之面,谓积五尺也。今徽 令质言中浑,浑又言质,则二质相与之率犹衡二浑相与之率也。衡盖亦先二质之 率推以言浑之率也。衡又言:“质,六十四之面;浑,二十五之面。”质复言浑, 谓居质八分之五也。又云:方,八之面;圆,五之面。”圆浑相推,知其复以圆 囷为方率,浑为圆率也,失之远矣。衡说之自然欲协其阴阳奇偶之说而不顾疏密 矣。虽有文辞,斯乱道破义,病也。置外质积二十六,以九乘之,十六而一,得 积十四尺八分尺之五,即质中之浑也。以分母乘全内子,得一百一十七。又置内 质积五,以分母乘之,得四十,是谓质居浑一百一十七分之四十,而浑率犹为伤 多也。假令方二尺,方四面,并得八尺也,谓之方周。其中令圆径与方等,亦二 尺也。圆半径以乘圆周之半,即圆幂也。半方以乘方周之半,即方幂也。然则方 周知,方幂之率也;圆周知,圆幂之率也。按:如衡术,方周率八之面,圆周率 五之面也。令方周六十四尺之面,圆周四十尺之面也。又令径二尺自乘,得径四 尺之面,是为圆周率十之面,而径率一之面也。衡亦以周三径一之率为非,是故 更著此法,然增周太多,过其实矣。
淳风等按:祖暅之谓刘徽、张衡二人皆以圆囷为方率,丸为圆率,乃设新 法。祖暅之开立圆术曰:“以二乘积,开立方除之,即立圆径。其意何也?取 立方棋一枚,令立枢于左后之下隅,从规去其右上之廉;又合而衡规之,去其前 上之廉。于是立方之棋分而为四,规内棋一,谓之内棋;规外棋三,谓之外棋。
规更合四棋,复横断之。以句股言之,令余高为句,内棋断上方为股,本方之数, 其弦也。句股之法:以句幂减弦幂,则余为股幂。若令余高自乘,减本方之幂, 余即内棋断上方之幂也。本方之幂即此四棋之断上幂。然则余高自乘,即外三棋 之断上幂矣。不问高卑,势皆然也。然固有所归同而途殊者尔。而乃控远以演类, 借况以析微。按:阳马方高数参等者,倒而立之,横截去上,则高自乘与断上幂 数亦等焉。夫叠棋成立积,缘幂势既同,则积不容异。由此观之,规之外三棋旁 蹙为一,即一阳马也。三分立方,则阳马居一,内棋居二可知矣。合八小方成一 大方,合八内棋成一合盖。内棋居小方三分之二,则合盖居立方亦三分之二,较 然验矣。置三分之二,以圆幂率三乘之,如方幂率四而一,约而定之,以为丸率。
故曰丸居立方二分之一也。”等数既密,心亦昭晢。张衡放旧,贻哂于后,刘徽 循故,未暇校新。夫岂难哉,抑未之思也。依密率,此立圆积,本以圆径再自乘, 十一乘之,二十一而一,得此积。今欲求其本积,故以二十一乘之,十一而一。
凡物再自乘,开立方除之,复其本数。故立方除之,即丸径也。〕
------------------------------------------------------------------------------------------
这段李淳风评注中指出祖暅求园体积的具体过程,是戴震添加进去的。
圆体积公式=4/3pir^3,以上文推算,v=11/21xd^3=88/21xr^3,以pi=22/7计算,完全吻合。
以圆周率=22/7计算,圆球体积为外接正方体体积的11/21,刘徽认为等于外接正方体体积1/2,不对。
但这个公式后人更本没有人引用过,支那后来的算术书一直用外接正方体的9/16计算,只因九章算术里说过“黄金方寸重一斤,金丸径寸重9两”,从未有人引用过这个11/21的计算公式。
显然,这个祖暅求导圆体积的公式以及所谓的“祖暅定理”都是戴震在编撰四库全书时添加进去的。
《算经十书》 正文
回复删除乾嘉学派的算学研究活动,对十九世纪中国数学发展造成极深远的影响。通过他们的辑失、校勘与考证等工作,失传五百年之久的古算典籍《算经十书》 ,乃至宋金元四大家的杰出作品,才得以重见天日,并进一步成为十九世纪中国数学家所凭仗的主要研究资源之一,更值得注意的,是“谈天三友”:焦循(1763~1820年)、汪莱(1768~1813年)和李锐(1768~1817年),在方程论和符号代数上的成就,为中国传统古算可以更新,留下了最优美的一个脚注!
不过,乾嘉学派的过度醉心复古,却不可避免地在算学的认识上造成了一些局限,他们对汪莱的算学创新无法赋与恰当的评价,可以说是相当显著的例证之一。由于汪莱的《衡斋算学》概以“西法”立论,而且多半无关“兴复古学昌明中法”的宏旨,因此,汪莱被批评为“尤于西学太深,虽极加驳斥,究未能出其范围”,当然就很容易了解了。
这个例子发生在乾嘉学派大儒钱大昕、阮元以及杰出数学家李锐身上。钱大昕先是从《隋书律历志》,获知祖冲之的圆周率π值的估计:
古之九数,圆周率三圆径率一,其术疏舛,自刘歆、张衡、刘徽、王蕃、皮延宗之徒,各设新率,未臻折衷。宋末南徐州从事史祖冲之更开密率,以圆径一亿为一丈,圆周盈数三(刻本作二,误)丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽,朒数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽,正数在盈朒二限之间,密率圆径一百一十三,圆周三百五十五,约率圆径七,周二十二。又设开差幕、开差立,兼以正圆参之,指要精密,算氏之最者也。
圆周径率,自刘徽、祖冲之以来,虽小有同异,大要皆径一周三一四而已。溉亭独创为三一六之率,与诸家之说迥殊。余考秦九韶《数学九章》「环田三积术」,其求周以径幂进位为实,开方为圆积,是九韶亦以三一六为圆率,与溉亭所创率正同,盖精思所到,闇合古人也。江宁谈教谕秦,今之算学名家,曾作一丈径木板,以篾尺量其周,正得三丈一尺六寸奇,以为溉李之说,至当不可易也。
针对这样的断言,乾嘉学派的算学家似乎都不曾提出评论,有意见的,反倒是些热衷西学的算学家,譬如曾任江苏巡抚的徐有壬(1800~1860年)即以“内容外切,反复课之,其说遂破。”
有关徐有壬的这一辨驳,并未刻入现传的《务民义斋算学》,上一段引文出自诸可宝撰着的《畴人传三编》,但无法知道原始数据为何。不过,稍早的董佑诚(1791~1823年)已经发难在先了,在他的《董方立遗书》中,论文《圆径求周辨》就是为此目的而写。
董佑诚字方立,江苏阳湖(今常州市)人,少年时工为骈体文词,继通数理、舆地之学。晚清张之洞的《书目答问》(1875年)曾把他归类为骈体文家和中西法兼用算学家。其实,我们光看他的算学著作如《割圜连比例图解》(1819年)、《堆垛求积术》、《椭圆求周术》和《斜弧三边求角补术》(后三种都撰于1821年),即可断定他比较热衷西学。
董佑诚的《割圜连比例图解》 ,是在北京友人朱鸿处见到明安图的《割圜密率捷法》第一卷抄本以后,“反复寻绎,究其立法之原”而写成的。《割圜密率捷法》第一卷纳入“西士杜德美圆径求周诸术”,因此,董佑诚对于杜德美的π近似值当不陌生。然而,董佑诚在他的论文《圆径求周辨》中,却只字不提杜德美,反倒是口口声声刘徽,利用刘徽的“割圆术”和它的改良形式「今割圆术」,来证明阮元、钱大昕、钱塘乃至李锐的谬误!
--------------------------------------------------------------------------------------
从古至今,钱大昕是第一个引用了隋书-律历志 里的祖冲之圆周率,之前没有任何人知道和引用过这个圆周率!
戴震(1724年1月19日-1777年7月1日),乾隆三十八年(1773年),因纪昀的推荐为《四库全书》纂修官。乾隆四十年(1775年),戴震篡改隋书、算经十书等古书的时间就是在1773-1777年这四年之间。
钱大昕(1728年—1804年),钱虽然只比戴震小四岁,但比戴震多活了27年,在戴震死后(或死前不久),钱才从隋书上发现了祖冲之有这么一个圆周率,虽然公之于众,但钱本人还是固执地认为圆周率=3.16!