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【中算】勾股定理:“双矩重迭图”

2021-11-06 11:52 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

郑涛(Tao Steven Zheng)著

据三国时代数学家赵爽《周髀算经注》:

两差相乘倍而开之, 所得以股弦差增之为勾。以勾弦差增之为股。两差增之为弦。

今译:两差(“勾弦差”和“股弦差”)相乘,加倍,开方,所得加上股弦差,等于勾;所得加上勾弦差,等于股;所得加上两差,等于弦。

在这段文中,赵爽指出关于勾股形(直角三角形)其中一个恒等式以及应用。

两差相乘倍而开之:

%5Csqrt%7B2(c-a)(c-b)%7D

所得以股弦差增之为勾:

a%20%3D%20%5Csqrt%7B2(c-a)(c-b)%7D%20%2B%20(c-b)

以勾弦差增之为股:

b%20%3D%20%5Csqrt%7B2(c-a)(c-b)%7D%20%2B%20(c-a)

两差增之为弦:

c%20%3D%20%5Csqrt%7B2(c-a)(c-b)%7D%20%2B%20(c-a)%20%2B%20(c-b)

这些公式是从哪里来的?中国古代数学家习惯用图来解析几何公式。用于推导以上公式的图叫作“勾股双矩重迭图”

勾股双矩重迭图

根据 “勾股双矩重迭图”,勾方的面积为 a%5E2%20,股方的面积为 b%5E2%20,弦方的面积为 c%5E2%20;黄方部分为勾方和股方相重迭的正方形,其面积为 (a%2Bb-c)%5E2%20;相对的两个青矩形的面积都是 (c-a)(c-b)。由图可见

%E5%BC%A6%E6%96%B9-2%5Ctimes%20%E9%9D%92%E7%9F%A9%E5%BD%A2%20%3D%20%E5%8B%BE%E6%96%B9%20%2B%20%E8%82%A1%E6%96%B9%20-%20%E9%BB%84%E6%96%B9

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

根据勾股定理 a%5E2%20%2B%20b%5E2%20%3D%20c%5E2%20,得

(a%2Bb-c)%5E2%20%3D%202(c-a)(c-b)

开方即得

a%2Bb-c%20%3D%20%5Csqrt%7B2(c-a)(c-b)%7D


《九章算术》第九卷 “勾股” 第十二题也有使用这些公式

今有户不知高、广,竿不知长短。横之不出四尺,从之不出二尺,邪之适出。问:户高、广、袤各几何?

今译:假设有一门户,不知道它的高和广,有一根竹竿,不知道它的长短。将竹竿横着,有4尺出不去,竖起来有2尺出不去,将它斜着恰好能出门。问:门户的高、广、斜各是多少?

这道题的 “横之不出” 和 “从之不出” 就是 “勾弦差” 与 “股弦差”。

题解在这里:

【中文版】https://www.bilibili.com/read/cv13299296

【英文版】https://www.bilibili.com/read/cv13298996


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