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【趣味数学题】户与竿《九章算术·勾股12》

2021-09-23 15:27 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

郑涛(Tao Steven Zheng) 著

【问题】

《九章算术·勾股12

【原文】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?

图 1



【题解】

设户广为勾 a%20,户高为股 b,户邪为弦 c,横不出为勾弦差 c-a,从不出为股弦差 c-b。《九章算术》给的解法应用一个有趣的勾股公式:


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

图 2

根据图 2,勾方的面积为 a%5E2(红色),股方的面积为 b%5E2(绿色),弦方的面积为 c%5E2;黄方部分为勾方和股方相重迭的正方形,其面积为 %7B(a%2Bb-c)%7D%5E%7B2%7D;相对的两个青矩形的面积都是 %20(c-a)(c-b)。由图 2 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%2B%E8%82%A1%E6%96%B9-%E9%BB%84%E6%96%B9

所以

c%5E2%20-%202%5Ctimes(c-a)(c-b)%20%3D%20a%5E2%20%2B%20b%5E2%20-%20%7B(a%2Bb-c)%7D%5E%7B2%7D

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

%7B(a%2Bb-c)%7D%5E%7B2%7D%20%3D%202(c-a)(c-b)

开平方即得

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


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

a%20%3D%20%5Csqrt%7B2%5Ctimes%204%20%5Ctimes%202%7D%20%2B%202

a%20%3D%206

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

%20b%20%3D%20%5Csqrt%7B2%5Ctimes%204%20%5Ctimes%202%7D%20%2B%204%20

b%20%3D%208

户邪

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

c%20%3D%20%5Csqrt%7B2%5Ctimes%204%20%5Ctimes%202%7D%20%2B%202%20%2B%204

c%20%3D%2010%20


户广 6 尺;户高 8 尺;户邪 10 尺(1 丈)。

《九章算术》的答案与解法

【原文】

答曰:广六尺,高八尺,袤一丈。

术曰:从、横不出相乘,倍,而开方除之。所得加从不出,即户广;加横不出,即户高,两不出加之,得户袤。


【今译】

答案:广是6尺,高是8尺,斜是1丈。

解法:将竖着、横着出不去的长度相乘,加倍,而对之开方除法。所得的结果加竖着出不去的长度,即是门户的广;加上横着出不去的长度,即是门户的高;加上两个出不去的长度,即得到门户的斜。




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