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清史稿 · 卷四十六·志二十一

清史稿 · 目录

〔1〕【推步算术】

推步算术

〔2〕推步新法所用者,曰平三角形,曰弧三角形,曰橢圆形。今撮其大旨,证立法之原,验用数之实,都为一十六术,著于篇。

推步新法所使用的,有平三角形、弧三角形、椭圆形三种。现在概括其主要内容,证明建立方法的原理,验证所用数字的可靠性,总共归纳为十六种方法,写在篇章中。

〔3〕平三角形者,三直线相遇而成。其线为边,两线所夹空处为角。有正角,当全圆四分之一,如甲乙丙形之甲角。有锐角,不足四分之一,如乙、丙两角。有钝角,过四分之一,如丁戊己形之戊角。(图略)

平三角形,是由三条直线相交而成。这些直线叫做边,两条直线之间所夹的空处叫做角。有直角,相当于整个圆的四分之一,比如在甲乙丙三角形中,甲角就是直角。有锐角,小于四分之一圆,比如乙角和丙角。有钝角,大于四分之一圆,比如在丁戊己三角形中,戊角就是钝角。(图略)

〔4〕角之度无论多寡,皆有其相当之八线。曰正弦、正矢、正割、正切,所有度与九十度相减余度之四线也,如甲乙为本度,则丙乙为余度。正弦乙戊,正矢甲戊,正割庚丁,正切庚甲,余弦乙己,余矢丙己,余割辛丁,余切辛丙。若壬癸为本度,则丑癸为余度,正弦癸辰,正矢壬辰,余弦癸卯,余矢丑卯,余割子寅,余切丑寅。以壬癸过九十度无正割、正切,借癸午之子未为正割,午未为正切。若正九十度丑壬为本度,则无余度,丑子半径为正弦,壬子半径为正矢,亦无正割、正切,并无余弦、余矢、余割、余切。

角的度数不论多少,都有对应的八种线:正弦、正矢、正割、正切,以及它们的余函数(余弦、余矢、余割、余切)。例如,给定一个角,就可以找到对应的这些线。具体关系通过图形说明。

〔5〕古定全圆周为三百六十度,四分之一称一象限,为九十度。每度六十分,每分六十秒,每秒六十微。圆半径为十万,后改千万。逐度逐分求其八线,备列于表。推算三角,在九十度内,欲用某度某线,就表取之,算得某线。欲知某度,就表对之。过九十度者,欲用正弦、正割、正切及四余,以其度与半周相减余,就表取之。欲用正矢,取余弦加半径为之。既得某线,欲知某度,就表对得其度与半周相减余命之。

古代规定整个圆周为360度,四分之一为90度,称为一象限。每度60分,每分60秒,每秒60微。圆半径最初定为十万,后来改为千万。逐度逐分求出八线,列入表中。推算三角形时,在90度以内,想用某度某线,就从表中查找。超过90度时,用该度与180度相减后的余数来查表。正矢则用余弦加半径得到。

〔6〕(图略)

图略。

〔7〕算平三角凡五术:

计算平三角形共有五种方法:

〔8〕一曰对边求对角,以所知边为一率,对角正弦为二率,所知又一边为三率,二三相乘,一率除之,求得四率,为所不知之对角正弦。如图甲乙为所知边,丁角为所知对角,乙丁为所知又一边,甲角为所不知对角也。此其理系两次比例省为一次。如图乙丁为半径之比,乙丙为丁角正弦之比。法当先以半径为一率,丁角正弦为二率,乙丁为三率,求得四率中垂线乙丙。既得乙丙,甲乙为半径之比,乙丙又为甲角正弦之比。乃以甲乙为一率,乙丙为二率,半径为三率,求得四率,自为甲角正弦。然后合而算之,以先之一率半径与后之一率甲乙相乘为共一率,先之二率丁角正弦与后之二率乙丙相乘为共二率,先之三率乙丁与后之三率半径相乘为共三率,求得四率,自为先之四率乙丙与后之四率甲角正弦相乘数,仍当以乙丙除之,乃得甲角正弦。后既当除,不如先之勿乘。共二率内之乙丙与三率相乘者也,乘除相报,乙丙宜省。又共三率内之半径与二率相乘者也,共一率内之半径又主除之,乘除相报,半径又宜省。故径以甲乙为一率,丁角正弦为二率,乙丁为三率,求得四率,为甲角正弦。

第一种方法,对边求对角。用已知边作为第一比例项,已知对角的正弦作为第二比例项,另一已知边作为第三比例项,将第二和第三项相乘,再除以第一项,得到第四比例项,就是所求对角的正弦。例如,在三角形中,已知边AB、角D和边BD,求角A。这个原理是两次比例合并为一次。先通过半径和角D的正弦得到垂线,再通过AB和垂线得到角A的正弦。由于乘除相消,可以直接简化,用AB、角D正弦和BD直接得到角A正弦。

〔9〕二曰对角求对边,以所知角正弦为一率,对边为二率,所知又一角正弦为三率,求得四率,为所不知对边。此其理具对边求对角,反观自明。

第二种方法,对角求对边。用已知角的正弦作为第一比例项,已知对边作为第二比例项,另一已知角的正弦作为第三比例项,求得第四比例项就是所求对边。这个原理与对边求对角相同,反过来看自然明白。

〔10〕三曰两边夹一角求不知之二角,以所知角旁两边相加为一率,相减余为二率,所知角与半周相减,余为外角,半之,取其正切为三率,求得四率,为半较角正切。对表得度,与半外角相加,为对所知角旁略大边之角;相减,余为对所知角旁略小边之角。此其理一在平三角形。三角相并,必共成半周。如图甲乙丙形,中垂线甲丁,分为两正角形。正角为长方之半,长方四角皆正九十度,正角形两锐角斜剖长方,此角过九十度之半几何,彼角不足九十度之半亦几何,一线径过,其势然也。故甲右边分角必与乙角合为九十度,甲左边分角必与丙角合为九十度。论正角形各加丁角,皆成半周,合为锐角形。除去丁角,三角合亦自为半周。故既知一角之外,其余二角虽不知各得几何度分,必知其共得此角减半周之余也。一在三角同式形比例。如图丙庚戊形,知丙庚、丙戊两边及丙角。展丙庚为丙甲,连丙戊为甲戊,两边相加。截丙戊于丙丁,为戊丁,两边相减余。作庚丁虚线,丙庚、丙丁同长,庚丁向圆内二角必同度,是皆为丙角之半外角,与甲辛、辛庚之度等。而庚向圆外之角,即本形庚角大于戊角之半,是为半外角。以庚丁为半径之比,则甲庚即为丁半外角正切之比。半径与正切恒为正角,甲庚与庚丁圆内作两通弦,亦无不成正角故也。又作丁己线,与甲庚平行,庚丁仍为半径之比,丁己又为庚向圆外半较角正切之比。而戊甲庚大形与戊丁己小形,戊甲、戊丁既在一线,甲庚、丁己又系平行,自然同式。故甲戊两边相加为一率,戊丁两边相减余为二率,甲庚半外角正切为三率,求得四率,自当丁己半较角正切也。

第三种方法,两边夹一角,求另外两个角。用已知角两边之和作为第一比例项,两边之差作为第二比例项,已知角的外角的一半的正切作为第三比例项,求得第四比例项就是半较角的正切。查表得到度数,然后与半外角相加得到对较大边的角,相减得到对较小边的角。这个原理基于平面三角形内角和为180度,以及相似三角形比例。具体通过作垂线和辅助线推导。

〔11〕四曰两角夹一边求不知之一角,以所知两角相并,与半周相减,余即得。此其理具两边夹一角。

第四种方法,两角夹一边,求第三角。将已知两角相加,与180度相减,余数就是第三角。这个原理在两边夹一角中已说明。

〔12〕五曰三边求角,以大边为底,中、小二边相并相减,两数相乘,大边除之,得数与大边相加折半为分底大边,相减余折半为分底小边。乃以中边为一率,分底大边为二率,半径为三率,求得四率,为对小边角余弦。或以小边为一率,分底小边为二率,半径为三率,求得四率,为对中边角余弦。此其理在勾股弦幂相求及两方幂相较。如图甲丙中边、甲乙小边皆为弦,乙丙大边由丁分之,丁丙、丁乙皆为勾,中垂线甲丁为股。勾股幂相并恒为弦幂,今甲丁股既两形所同,则甲丙大弦幂多于甲乙小弦幂,即同丙丁大勾幂多于乙丁小勾幂。又两方幂相较,恒如两方根和较相乘之数。如图戊寅壬庚为大方幂,减去己卯辛庚小方幂,余戊己卯辛壬寅曲矩形。移卯癸壬辛为癸寅丑子,成一直方形,其长戊丑,自为大方根戊寅、小方根卯辛之和;其阔戊己,自为大方根戊庚、小方根己庚之较。故甲乙丙形,甲丙、甲乙相加为和,相减为较。两数相乘,即如丙丁、丁乙和较相乘之数。丙乙除之,自得其较。丙午相加相减各折半,自得丙丁及乙丁,既得丙丁、乙丁,各以丙甲、乙甲为半径之比,丙丁、乙丁自为余弦之比矣。

第五种方法,三边求角。以最大边为底,将中边和小边相加、相减,两数相乘除以大边,得到的数与大边相加除以2得到分底大边,相减除以2得到分底小边。然后以中边为第一比例项,分底大边为第二比例项,半径为第三比例项,求得第四比例项就是小边所对角的余弦。或者以小边为第一比例项,分底小边为第二比例项,半径为第三比例项,求得第四比例项就是中边所对角的余弦。原理基于勾股定理和平方差。

〔13〕此五术者,有四不待算,一不可算。对边求对角,令所知两边相等,则所求角与所知角必相等。对角求对边,令所知两角相等,则所求边与所知边必相等。两边夹一角,令所知两边相等,则所求二角必正得所知外角之半。三边求角,令二边相等,即分不等者之半为底边;三边相等,即平分半周三角皆六十度,皆不待算也。若对边求对角,所知一边数少,对所知一角锐;又所知一边数多,求所对之角,不能知其为锐、为钝,是不可算也。诸题求边角未尽者,互按得之。

这五种方法中,有四种不需要计算,一种无法计算。例如,对边求对角时,如果已知两边相等,则所求角与已知角相等;对角求对边时,如果已知两角相等,则所求边与已知边相等;两边夹一角时,如果已知两边相等,则所求两角正好是已知角外角的一半;三边求角时,如果两边相等,则取不等边的一半为底边;如果三边相等,则三内角均为60度,都不需要计算。如果对边求对角时,已知一边较短,对已知角是锐角,而另一边较长,则无法判断所求角是锐角还是钝角,无法计算。其他题目中求边角未尽的,可以互相推算得到。

〔14〕弧三角形者,三圆周相遇而成,其边亦以度计。九十度为足,少于九十度为小,过九十度为大。其角锐、钝、正与平三角等。算术有七:

弧三角形,是由三个圆弧相交而成,它的边也用度数计量。90度为足(即直角弧),小于90度为小弧,大于90度为大弧。它的角有锐角、钝角、直角,与平面三角形相同。计算方法有七种:

〔15〕一曰对边求对角,以所知边正弦为一率,对角正弦为二率,所知又一边正弦为三率,求得四率,为所求对角正弦。此其理亦系两次比例省为一次。如图甲乙丙形,知甲乙、丙乙二边及丙角,求甲角。作乙辛垂弧,半径与丙角正弦之比,同于乙丙正弦与乙辛正弦之比。法当以半径为一率,丙角正弦为二率,乙丙正弦为三率,求得四率,为乙辛正弦。既得乙辛正弦,甲乙正弦与乙辛正弦之比,同于半径与甲角正弦之比。乃以甲乙正弦为一率,乙辛正弦为二率,半径为三率,求得四率,为甲角正弦。然乘除相报,可省省之。

第一种方法,对边求对角。用已知边的正弦作为第一比例项,已知对角的正弦作为第二比例项,另一已知边的正弦作为第三比例项,求得第四比例项就是所求对角的正弦。原理是两次比例合并为一次。例如,在球面三角形中,已知两边和夹角,通过作垂弧,可以简化计算。

〔16〕二曰对角求对边,以所知角正弦为一率,对边正弦为二率,所知又一角正弦为三率,求得四率,为所求对边正弦。此其理反观自明。

第二种方法,对角求对边。用已知角的正弦作为第一比例项,已知对边的正弦作为第二比例项,另一已知角的正弦作为第三比例项,求得第四比例项就是所求对边的正弦。原理反过来看自然明白。