〔2〕造历者各有本原,史宜备录,使后世有以考。如《太初》之起数钟律,《大衍》之造端蓍策,皆详本志。《授时历》以测算术为宗,惟求合天,不牵合律吕、卦爻。然其法之所以立,数之所从出,以及晷影、星度,皆有全书。郭守敬、齐履谦传中,有书名可考。《元史》漫无采摭,仅存李谦之《议禄》《历经》之初稿。其后改三应率及立成之数,与夫割圆弧矢之法,平立定三差之原,尽削不载。使作者精意湮没,识者憾焉。今据《大统因通轨》及《历草》诸书,稍为编次,首法原,次立成,次推步。而法原之目七:曰句股测望,曰弧矢割圆,曰黄赤道差曰黄赤道内外度,曰白道交周,曰日月五星平立定三差,曰里差刻漏。
制定历法的人都有自己的理论基础,史书应该详细记录,让后世能够考证。比如《太初历》以音律为起点,《大衍历》以蓍草占筮为开端,这些都在本志中详细记载了。《授时历》以测算技术为主,只求符合天象,不牵强附会音律、卦爻。但是它的方法是如何建立的,数据是如何得出的,以及日影、星宿度数,都有完整的著作。在郭守敬、齐履谦的传记中,有书名可以查考。《元史》却随意摘录,只保存了李谦的《议禄》《历经》的初稿。后来修改的“三应率”和“立成”的数据,以及割圆弧矢的方法、平立定三差的原理,全都删去不载。使得作者的精义被埋没,有见识的人对此感到遗憾。现在根据《大统因通轨》和《历草》等书,稍加编排,首先是法原,其次是立成,再次是推步。而法原分为七个部分:勾股测望、弧矢割圆、黄赤道差、黄赤道内外度、白道交周、日月五星平立定三差、里差刻漏。
〔3〕北京立四丈表,冬至日午正,测得景辰七丈九尺八寸五分。随以简仪测到太阳南至地平二十六度四十六分半,为半弧背。求得矢度,五度九十一分半。置周天半径,截矢余五十四度九十六分为股,乃本地支戴日下之度。以弦股别句术,求得句二十六度一下七分六十六秒,为日出地半弧弦。
在北京立起四丈高的表杆,冬至日正午时分,测得表影长度为七丈九尺八寸五分。接着用简仪测量到太阳南至地平的高度为二十六度四十六分半,这就是半弧背。由此求得矢度为五度九十一分半。取周天半径,减去矢度后剩余五十四度九十六分作为股,这就是本地太阳直射点以下的度数。用弦和股分别求勾的方法,求得勾为二十六度一分七分六十六秒,这就是日出地平线的半弧弦。
〔4〕北京立四丈表,夏至日午正,测得景长一丈一尺七寸一分。随以简仪测到太阳南至地平七十四度二十六分半,为半弧背。求得矢度,四十三度七十四分少。置周天半径,截矢余一十七度一十三分二十五秒为句,乃本地去戴日下之度。以句弦别股术,求得股五十八度四十五分半,为日出地半弧弦。
在北京立起四丈高的表杆,夏至日正午时分,测得表影长度为一丈一尺七寸一分。接着用简仪测量到太阳南至地平的高度为七十四度二十六分半,这就是半弧背。由此求得矢度为四十三度七十四分少。取周天半径,减去矢度后剩余一十七度一十三分二十五秒作为勾,这就是本地太阳直射点以上的度数。用勾和弦分别求股的方法,求得股为五十八度四十五分半,这就是日出地平线的半弧弦。
〔5〕以二至日度相并,得一百度七十三分,折半得五十度三十六分半,为北京赤道出地度。以赤道出地度转减周天四之一,余四十度九十四分九十三秒七十五微,为北京北极出地度。
将冬至和夏至的太阳高度角相加,得到一百度七十三分,折半得到五十度三十六分半,这就是北京赤道出地的高度。用赤道出地高度减去周天四分之一(即九十度),剩余四十度九十四分九十三秒七十五微,这就是北京北极出地的高度。
〔6〕周天经一百二十一度七十五分少。(少不用。)半径六十零度八十七分半。(又为黄赤道大弦。)二至黄赤道内外半弧背二十四度。(所测就整。)二至黄赤道弧矢四度八十四分八十二秒。黄赤道大句二十三度八十分七十秒。黄赤道大股五十六度零二分六十八秒。(半径内减去矢度之数。)
周天直径是一百二十一度七十五分少(少不采用)。半径是六十度八十七分半(也作为黄赤道的大弦)。冬至和夏至时黄赤道内外半弧背是二十四度(测量取整)。冬至和夏至时黄赤道弧矢是四度八十四分八十二秒。黄赤道大勾是二十三度八十分七十秒。黄赤道大股是五十六度零二分六十八秒(这是半径减去矢度后的数值)。
〔7〕割圆求矢术 置半弧背度自之,为半弧背幕,周天径自之,为上廉。上廉乘半弧背幕,为正实。上廉乘径,为益从方。半弧背倍之,乘径,为下廉。以初商乘上廉,得数以减益从方,余为从方。置初商自之以减下廉,余以初商乘之,为从廉。从方、从廉相并,为下法。下法乘初商,以减正实,实不足减,改初商。实有不尽,次第商除之。倍初商数,与次商相并以乘上廉,得数以减益从方,余为从方。并初商次商而自之,又以初商自之,并二数以减下廉,余以初商倍数并次商乘之,为从廉。从方、从廉相并,为下法。下法乘次商,以减余实,而定次商。有不尽者,如法商之,皆以商得数为矢度之数。(黄赤道同用。)
割圆法求矢度的方法:将半弧背的度数自乘,得到半弧背的平方;将周天直径自乘,得到上廉。用上廉乘以半弧背的平方,得到正实。用上廉乘以直径,得到益从方。将半弧背加倍,乘以直径,得到下廉。用初商乘以上廉,得到的数从益从方中减去,剩余的是从方。将初商自乘,然后从下廉中减去,剩余的数再乘以初商,得到从廉。将从方和从廉相加,得到下法。用下法乘以初商,从正实中减去,如果正实不够减,就调整初商。如果正实还有剩余,就依次用商除法继续。将初商加倍,与次商相加,再乘以上廉,得到的数从益从方中减去,剩余的是从方。将初商和次商相加后自乘,再加上初商的自乘,然后将这两个数从下廉中减去,剩余的数乘以初商的倍数再加上次商,得到从廉。将从方和从廉相加,得到下法。用下法乘以次商,从余实中减去,从而确定次商。如果还有剩余,就按同样的方法继续商除,每次商得的数就是矢度。(黄道和赤道都适用。)
〔8〕如以半弧背一度求矢度。术曰:置半弧背一度自之,得一度,为半弧背幕。置周天径一百二十一度太自之,得一万四千八百二十三度零六分二十五秒,为上廉。上廉乘半弧背幕,得一万四千八百二十三度零六分二五,为正实。上廉又乘径,得一百八十零万四千七百零七度八十五分九十三秒七五,为益从方。半弧背一度倍之,得二度,以乘径得二百四十三度五十分,为下廉。初商八十秒。置初商八十秒乘上廉一万四千八百二十三度零六二五,得一百一十八度五八四五,以减益从方一百八十零万四千七百零七度八五九三七五,余一百八十零万四千五百八十九度二七四八七五,为从方。又置初商八十秒自之,得六十四微,以减下廉余二百四十三度四九九三六。仍以八十秒乘之,得一度九四七九九九四八八,为从廉。以从廉、从方并之,共得一百八十零万四千五百九十一度二二二八七四四八八,为下法。下法乘初商,得一万四千四百三十六度七十二分九七八二九九五九零四,以减正实,余实三百八十六度三十三分二七一七零零四零九六。次商二秒。置初商八十秒倍之,得一分六十秒。加次商二秒得一分六十二秒,乘上廉一万四千八百二十三度零六二五,得二百四十零度一三三六一二五,以减益从方,余一百八十零万四千四百六十七度七二五七六二五,为从方。又置初次商八十二秒自之,得六十七微。加初商八十秒自之之数,得一秒三十一微,以减下廉,余二百四十三度四九九八六九。以前所得一分六十二秒乘之,得三度九十四分四六九七八七七八,为从廉。以从廉、从方并,得一百八十零万四千四百七十一度六十七分零四六零三七八,为下法。下法乘次商,得三百六十零度八九四三三四零九二零七五五六,以减余实,仍余二十五度四三八三八二九一二零二零四四。(不足一秒叶不用,下同。)
比如用半弧背一度来求矢度。方法:将半弧背一度自乘,得到一度,作为半弧背的平方。将周天直径一百二十一度太自乘,得到一万四千八百二十三度零六分二十五秒,作为上廉。上廉乘以半弧背的平方,得到一万四千八百二十三度零六分二五,作为正实。上廉再乘以直径,得到一百八十万四千七百零七度八十五分九十三秒七五,作为益从方。半弧背一度加倍,得到二度,乘以直径得到二百四十三度五十分,作为下廉。初商设为八十秒。将初商八十秒乘以上廉一万四千八百二十三度零六二五,得到一百一十八度五八四五,从益从方一百八十万四千七百零七度八五九三七五中减去,剩余一百八十万四千五百八十九度二七四八七五,作为从方。再将初商八十秒自乘,得到六十四微,从下廉减去后剩余二百四十三度四九九三六。再乘以八十秒,得到一度九四七九九九四八八,作为从廉。将从廉和从方相加,共得到一百八十万四千五百九十一度二二二八七四四八八,作为下法。下法乘以初商,得到一万四千四百三十六度七十二分九七八二九九五九零四,从正实中减去,剩余实为三百八十六度三十三分二七一七零零四零九六。次商设为二秒。将初商八十秒加倍,得到一分六十秒。加上次商二秒得到一分六十二秒,乘以上廉一万四千八百二十三度零六二五,得到二百四十度一三三六一二五,从益从方中减去,剩余一百八十万四千四百六十七度七二五七六二五,作为从方。再将初次商八十二秒自乘,得到六十七微。加上初商八十秒自乘的数,得到一秒三十一微,从下廉减去后剩余二百四十三度四九九八六九。用之前得到的一分六十二秒乘以上述剩余,得到三度九十四分四六九七八七七八,作为从廉。将从廉和从方相加,得到一百八十万四千四百七十一度六十七分零四六零三七八,作为下法。下法乘以次商,得到三百六十度八九四三三四零九二零七五五六,从余实中减去,仍然剩余二十五度四三八三八二九一二零二零四四(不足一秒就不用了,下面相同)。
〔9〕凡求得矢度八十二秒,余度各如上法,求到矢度,以为黄赤相求及其内外度之根。(数详后。)
凡是求得矢度为八十二秒,其余度数都按照上面的方法,求得的矢度,作为黄道和赤道相互推算以及它们内外度的基础。(具体数值在后面详述。)
〔10〕求黄赤道各度下赤道积度术。 置周天半径内减去黄道矢度,余为黄赤道小弦。置黄赤道小弦,以黄赤道大股乘之(大股见割圆)为实。黄赤道大弦(半径)为法。实如法而一,为黄赤道小股。置黄道矢自乘为实,以周天全径为法,实如法而一,为黄道半背弦差。以差去减黄赤道积度,(即黄道半弧背。)余为黄道半弧背。置黄赤道半弧弦自之为股幕,黄赤道小股自之为句幕,二幕并之,以开平方法除之,为赤道小弦。置黄赤道半弧弦,以周天半径(亦为赤道大弦)乘之为实,以赤道小弦为法而一,为赤道半弧弦。置黄赤道小股,(亦为赤道横小句)以赤道大弦(即半径)乘之为实,以赤道小弦为法而一,为赤道横大句,以减半径,余为赤道磺弧矢。横弧矢自之为实,以全径为法而一,为赤道半背弦差。以差加赤道半弧,为赤道积度。
求黄道各度下对应的赤道积度的方法。取周天半径减去黄道矢度,剩余的是黄赤道小弦。将黄赤道小弦乘以黄赤道大股(大股见割圆部分),作为被除数。以黄赤道大弦(即半径)作为除数,相除得到黄赤道小股。将黄道矢自乘作为被除数,以周天全径作为除数,相除得到黄道半背弦差。用这个差从黄赤道积度(即黄道半弧背)中减去,剩余的是黄道半弧背。将黄赤道半弧弦自乘作为股幕,将黄赤道小股自乘作为句幕,两者相加,用开平方的方法得到赤道小弦。将黄赤道半弧弦乘以周天半径(也是赤道大弦),作为被除数,以赤道小弦作为除数,相除得到赤道半弧弦。将黄赤道小股(也是赤道横小勾)乘以赤道大弦(即半径),作为被除数,以赤道小弦作为除数,相除得到赤道横大勾,从半径中减去,剩余的是赤道横弧矢。将横弧矢自乘作为被除数,以全径作为除数,相除得到赤道半背弦差。用这个差加上赤道半弧,得到赤道积度。