測望術(shù)和重差理論
來源:糜克定的科學(xué)園 文章作者:—— 2010-03-30 18:44:12
劉徽證明和所用的圖都已經(jīng)失傳,但是據(jù)現(xiàn)存《日高說》和殘圖以及其他佐證,原證當(dāng)大致如下:
由出入相補原理,得
□JG=□GB, (1)
□KE=□EB, (2)
相減得
□JG-□KE=□GD,
所以
。‵I-DH)×AC=ED×DF,
即 表目距的差×(島高-表高)=表高×表距。
這就得到上述公式。
按《海島》共九題都屬測望之類,所得公式分母上都有兩測的差,“重差”這一名稱可能由此而來。其余八題公式都可依出入相補原理用和上面類似的方法證明,現(xiàn)在從略。
元朱世杰《四元玉鑒》中有和《海島》完全類似的幾個題,朱世杰對這些題的解法應(yīng)該有古代相傳下來的一定來歷。依據(jù)朱對海島一題的解法,我們認(rèn)為原證比上面所示的可能稍復(fù)雜一些。如下頁的圖,現(xiàn)在重作證明如下:
由出入相補原理,除(1)、(2)外又有
□PG=□GD, (3)
由(1)、(2)、(3)得
□IN=□EB=□KE
所以 MI=DH, (4)
FM=FI-MI=FI-DH=表目距的差。
由(3)式就得到海島公式。
如果依照歐幾里得幾何體系的習(xí)慣證法,那就自然應(yīng)該添一平行線GM'‖AH,如下圖,再利用相似三角形和比例理論作證。清代李璜以及近代中外數(shù)學(xué)史家大都依這一方法補作海島公式的證明,這當(dāng)然不是劉徽的原意,也和我國古代幾何的傳統(tǒng)相違背。注意作平行線的時候應(yīng)有FM'=DH,和前面(4)式相比,M和 M'的位置完全不同。
明末耶穌會傳教士利瑪竇(1552—1610)來我國,他的主要學(xué)術(shù)工作之一是介紹歐幾里得幾何體系。他曾口授《測量法義》一書,其中載有和海島題完全類似的一題。在他所作的證明中,需要在FI上取一點M使(4)式成立,再用比例理論作證,見本頁上圖。按常理來說,利瑪竇應(yīng)該作平行線而取M'使FM'=DH,但是他一反歐幾里得慣例而和我國古代傳統(tǒng)不謀而合,頗使人迷惑不解,F(xiàn)在提出這一問題,希望大家共同探討。
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