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数学 / 数书九章 / 田域类选篇

正负开方术 · 从尖田到三乘方

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問:有兩尖田一段,其尖長不等,兩大斜三十九步,兩小斜二十五步,中廣三十步。欲知其積幾何?尖田步。

荅曰:田積八百四十歩。

術曰:以少廣求之,翻法入之。置半廣自乘,爲半羃,與小斜羃相減相乘,爲小率,以半羃與大斜羃相減相乘,爲大率,以二率相減,餘自乘爲實,併二率,倍之,爲從上廉,以一爲益隅,開翻法三乘方,得積。

草曰:置廣三十步,以半之,得一十五,以自乘得二百二十五,爲半羃,以小斜二十五步自乘,得六百二十五,爲小斜羃,與半羃相減,餘四百,與半羃二百二十五相乘,得九萬步,爲小率。置大斜三十九步,自乘,得一千五百二十一,爲大斜羃,與半羃二百二十五相減,餘一千二百九十六,與半羃二百二十五相乘,得二十九萬一千六百,爲大率。以小率九萬減大率,餘二十萬一千六百,自乘,得四百六億四千二百五十六萬,爲實。以小率九萬併大率二十九萬一千六百,得三十八萬一千六百,倍之得七十六萬三千二百,爲從上廉,以一爲益隅,開玲瓏翻法三乘方步法:乃以從廉超一位,益隅超三位,約商得十。今再超進,乃商置百,其從上廉爲七十六億三千二百萬,其益隅爲一億,約實。

置商八百,爲定商,以商生益隅,得八億,爲益下廉,又以商生下廉,得六十四億,爲益上廉,與從上廉七十六億三千二百萬相消從上廉,餘十二億三千二百萬。又與商相生,得九十八億五千六百萬,爲從方,又與商相生,得七百八十八億四千八百萬,爲正積,與元實四百六億四千二百五十六萬相消正積,餘三百八十二億五百四十四萬,爲正實。

又以益隅一億與商相生,得八億,增入益下廉爲一十六億。又以益下廉與商相生,得一百二十八億,爲益上廉。乃以益上廉與從上廉一十二億三千二百萬相消,餘一百一十五億六千八百萬,爲益上廉。又與商相生,得九百二十五億四千四百萬,爲益方,與從方九十八億五千六百萬相消,益方餘八百二十六億八千八百萬,爲益方。又以商生益隅一億得八億,增入益下廉,得二十四億。又以商相生,得一百九十二億,入益上廉,得三百七億六千八百萬,爲益上廉。又以商生益隅一億得八億,入益下廉,得三十二億畢。其益方一退爲八十二億六千八百八十萬,益上廉,再退得三億七百六十八萬,益下廉,三退得三百二十萬,益隅,四退爲一萬,畢,乃約正實,續置商四十步,與益隅一萬相生,得四萬,入益下廉,爲三百二十四萬。

又與商相生,得一千二百九十六萬,八益上廉內爲三億二千六十四萬。

又與商相生,得一十二億八千二百五十六萬,入從方內,爲九十五億五千二百三十六萬。乃命上續商四十,除實,適盡,所得八百四十步,爲田積。今列求率開方圖于后。

術曰:商常爲正,實常爲負。從常爲正,益常爲負。

上廉超一位,益隅超三位,商數進一位。

以負實消正積,其積乃有餘,爲正實,謂之換骨。

以商生隅,入下廉,一變。

以商生下廉,入上廉,內相消。

以正負上,廉相消。

以商生上廉,入方内相消。

以正負方相消。

方一退上廉,二退下廉,三退隅,四退商,續置,四變。

以方約實續商,置四十生隅,入下廉内。

以續商四十,命方法,除實適盡。

所得商數八百四十步,爲田積。

已上係開三乘方翻法圖,後篇效此。〇。

一位開盡者,不用翻法。鄒安鬯日術解見札記。

鄒安鬯曰:玲瓏。謂方廉隅、正負相問也。

鄒安鬯曰:此開方古法之僅留於今者。

从方 上廉 下廉
fig-zhengfu-cubic

正负开三乘方的筹算位次示意。

位\nColumn

定母 / 元数\nModulus

奇 / 余\nResidue

乘率 / 用数\nMultiplier

trial root当前试商常为正
constant term被消去的积常为负
linear coefficient随商更新常为正
higher coefficients廉隅递推常为负

正负开方法

正负开方术的要点,是把“商、实、方、廉、隅”放进同一个递推过程。每次试商后,正项和负项互相抵消,剩下的新实数继续开。现代读法可以把它看作霍纳式综合除法和数值求根的古代筹算版。

尖田题最后得到田积八百四十步,为什么不是直接套几何公式?

原题给的是两大斜、两小斜和中广。秦九韶先把这些边长转成一组关于“积”的三乘方,再用正负开方术逐位试商,最后得 840。这里的关键不是背结果,而是看他怎样用系数递推逼出根。

問:沙田一段,有三斜,其小斜一十三里,中斜一十四里,大斜一十五里,里法三百歩,欲知爲田幾何?

荅曰:田積三百一十五頃。

術曰:以少廣求之,以小斜羃併大斜羃,減中斜羃,餘半之,自乘於上,以小斜羃乘大斜羃,減上,餘四約之爲實,一爲從隅,開平方,得積。

草曰:以小斜一十三里自乘,得一百六十九里,爲小斜羃,以大斜一十五里自乘,得二百二十五里,爲大斜羃,併小斜羃得三百九十四里於上。以中斜一十四里自乘,得一百九十六里,爲中斜羃,減上,餘一百九十八里,以半之,得九十九里,自乘得九千八百一里於上。以小斜羃一百六十九乘大斜羃二百二十五,得三萬八千二十五,減上,餘二萬八千二百二十四,以四約之,得七千五十六里,爲實,以一爲隅,開平方,以隅超步爲一百,乃於實上商置八十,以商生隅,得八百,爲從方,乃命上商除實,餘六百五十六。又以商生隅入方,得數退一位爲一百六十,隅退二位爲一,乃於實上續商四里生隅,入從方內,得一百六十四。乃命續商除實,適盡,所得八十四里,爲田積。其形長八十四里,廣一里,以里法三百步自乘,得九萬歩,乘十四里得七百五十六萬步,以畝法二百四十除之,得三萬一千五百畝。

又以頃法一百畝約之,得三百一十五頃〇。

問:蕉葉田一段,中長五百七十六步,中廣三十四步,不知其周,求積畝合幾何?

荅曰:田積四十五畝一角十一步。

術曰:以長併廣,再自乘,又十乘之,爲實,半廣半長,各自乘,所得相減,餘爲從方,一爲從隅,開平方,半之,得積。

草曰:以長五百七十六步,併廣三十四步,得六百一十,以兩度自乘,得二億二千六百九十八萬一千步,進一位卽是,以十乘之,得二十二億六千九百八十一萬步,定得此數,以爲實。置長五百七十六,以半之,得二百八十八,自乘得八萬二千九百四十四,於上。又置廣三十四步,以半之,得一十七,自乘得二百八十九,減上,餘八萬二千六百五十五,爲從方,以一爲從隅,開平方,得二萬一千七十二歩,不盡一萬隅入方,又併隅算,共得一十二萬六千一百四十,爲母與不盡及開方田積數,皆半之。

田積定得一萬八百七十一步六萬三千七十分步之五千二百一十三,以畝法二百四十約之,得四十五畝一角一十一步六萬三千七十分步之五千二百一十三。〇。

鄒安鬯曰:術解見札記。

六萬三千七十分步之五千二百一十三。

百四四百二十六步,以商生。

鄒安鬯日:此條荅數及草,多誤,見札記。

沙田、蕉叶田为什么也放在同一讲?

它们都把复杂田形转成“先造实与从方,再开方”的流程。尖田展示三乘方,沙田与蕉叶田展示平方层面的同一筹算语法;合读时能看出正负开方术不是孤立公式,而是一整套方程数值解法。