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【趣味数学题】三斜求积术

2021-10-19 16:40 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

郑涛(Tao Steven Zheng)著

【问题】

此问题来自秦九韶(公元1202年 - 1261年)《数书九章》(田域类·卷五·三斜求积)。

【原文】

问: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。里法三百步,欲知为田几何。

【译文】

问:一块沙田有三个斜边,小斜边长13里,中斜边长14里,大斜边长15里。里法是 1 里为 300 步,求田的面积是多少。


【题解】

秦九韶在《数书九章》给出的三角形面积公式是:

A%20%3D%20%5Csqrt%7B%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%5Cleft%5Ba%5E2%20c%5E2%20-%20%7B%5Cleft(%5Cfrac%7Ba%5E2%2Bc%5E2-b%5E2%7D%7B2%7D%20%5Cright)%7D%5E%7B2%7D%20%5Cright%5D%7D%20

其中 A 为三角形的面积,a 为小斜边长,b 为中斜边长,c 为大斜边长。

术曰:以少广求之。以小斜幂并大斜幂,减中斜幂,余,半之,自乘于上。以小斜幂乘大斜幂,减上,余,四约之为实。一为从隅,开平方得积。

A%5E2%20%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%5Cleft%5Ba%5E2%20c%5E2%20-%20%7B%5Cleft(%5Cfrac%7Ba%5E2%2Bc%5E2-b%5E2%7D%7B2%7D%20%5Cright)%7D%5E%7B2%7D%20%5Cright%5D

A%5E2%20-%207056%20%3D%200

A%20%3D%2084


秦九韶给出的答案是 315 顷。

答曰:田积三百一十五顷。

这是由1里 = 300步、1亩 = 240 平方步、1顷 = 100亩算出来的。


84%20%5C%3B%E5%B9%B3%E6%96%B9%E9%87%8C%20%5Cleft(%5Cfrac%7B300%20%5C%3B%20%E6%AD%A5%7D%7B1%20%5C%3B%E9%87%8C%7D%20%5Cright)%20%5Cleft(%5Cfrac%7B300%20%5C%3B%20%E6%AD%A5%7D%7B1%20%5C%3B%E9%87%8C%7D%20%5Cright)%20%5Cleft(%5Cfrac%7B1%20%5C%3B%20%E4%BA%A9%7D%7B240%20%5C%3B%20%E5%B9%B3%E6%96%B9%E6%AD%A5%7D%20%5Cright)%20%5Cleft(%5Cfrac%7B1%20%5C%3B%20%E9%A1%B7%7D%7B100%20%5C%3B%20%E4%BA%A9%7D%20%5Cright)%20%3D%20315%20%5C%3B%20%E9%A1%B7


【推导】

c 为三角形的底边,h 为高,A 为面积,则

A%20%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20ch%20

如图,求 h%5E2 的两个方程:


方程(1)
h%5E2%20%3D%20a%5E2%20-%20d%5E2

方程(2)
h%5E2%20%3D%20b%5E2%20-%20%7B(c-d)%7D%5E%7B2%7D

方程(1)方程(2)相等,并求解 d

a%5E2%20-%20d%5E2%20%3D%20b%5E2%20-%20(c%5E2%20-%202dc%20%2B%20d%5E2)

c%5E2%20%2B%20a%5E2%20-%20b%5E2%20%3D%202dc

d%20%3D%20%5Cfrac%7Bc%5E2%2Ba%5E2-b%5E2%7D%7B2c%7D

将此结果代入方程(1)并取平方根:

h%5E2%20%3D%20a%5E2%20-%20%7B%5Cleft(%5Cfrac%7Bc%5E2%2Ba%5E2-b%5E2%7D%7B2c%7D%5Cright)%7D%5E%7B2%7D

h%20%3D%20%5Csqrt%7Ba%5E2%20-%20%7B%5Cleft(%5Cfrac%7Bc%5E2%2Ba%5E2-b%5E2%7D%7B2c%7D%5Cright)%7D%5E%7B2%7D%7D

因此,三角形的面积为

A%20%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dc%20%5Csqrt%7Ba%5E2%20-%20%7B%5Cleft(%5Cfrac%7Ba%5E2%2Bc%5E2-b%5E2%7D%7B2%7D%20%5Cright)%7D%5E%7B2%7D%7D

A%20%3D%20%5Csqrt%7B%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%5Cleft%5Ba%5E2%20c%5E2%20-%20%7B%5Cleft(%5Cfrac%7Ba%5E2%2Bc%5E2-b%5E2%7D%7B2%7D%20%5Cright)%7D%5E%7B2%7D%20%5Cright%5D%7D%20




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