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第15章 第六節盈不足術

中國古代數學 郭书春 1133 2018-03-20
盈不足問題構成《九章》的第七章。它的典型問題是:今有共買物,人出a,盈b,人出a,不足b,問人數、物價各多少? 《九章》的第一種方法是:“置所出率,盈、不足各居其下。令維乘所出率,並以為實,並盈、不足為法,實如法而一”。此即求出實ab+ab,法b+a,設所求人數為u,物價為v,那麼 v/u=(ab+ab)/(b+b) (1) 便是每人應出的不盈不虧的數。對共買物的問題,“置所出率,以少減多,餘,以約法、實。實為物價,法為人數”,即 u=(b+b)/( | aa | ) v=(ab+ab)/( | aa | ) 劉徽以齊同原理論證了它的正確性。此是先同盈、不足為bb,所出率須與盈、不足相齊,變成ab,ab,問題成為b次所出a,共盈bb,b次所出a,共不足bb。因此b+b次共出ab+ab,則不盈不虧,每次所出為(ab+ab)/(b+b)。而b+b是眾人之差,它是由一人之差| aa | 積累而成的,因此(b+b)/( | aa | )便是人數,這也證明了《九章》第二種方法的正確性。第二種方法給出公式u=(b+b)/( | a+a | ),v=ua-b=ua-b。 《九章》還給出了兩盈、兩不足、盈適足與不足適足類問題

任何一個算術問題,假設一個答案,代入原題驗算,都必定會出現盈、不足、適足這三種情況之一,兩次假設,便成為一個盈不足問題,公式(1)就是為這些問題提出的。以“油自和漆”問為例。已知漆3可以換油4,而油4可調和漆5。現有漆3鬥,欲拿出一部分換油,使換得的油恰好能調和剩餘的漆。問用於換油的漆,換得的油,要調和的漆各多少?其解法是:假令用於換油的漆9升,則換得油12升,可調和漆15升,30-(9+15)=6,不足6升;假令用於換油的漆12升,則換得油16升,可調和漆20升,(12+20)-30=2,有餘2升。代入(1)式,用於換油的漆是(12×6+9×2)/(2+6)=111/4(升),換得油15升,調和的漆183/4升。

中國數學發展的早期,對複雜的問題常用這種兩次假設的方法化成盈不足問題解決。這種方法對線性問題可以得出準確的答案,而對非線性問題只能得出近似解,這是《九章》的作者沒有認識到的。例如:有一堵牆厚5尺,兩隻老鼠對穿,第一天都穿1尺,從次日起,大鼠一天天加倍,小鼠一天天減半,問兩鼠何日相逢? 《九章》的解法是:假令2日,不足5寸,假令3日,有餘3尺71/2寸,代入(1)式,得2(2/17)日。但此題是非線性的,準確解應為lg(2+√6)/lg2。然而,即使在高等數學中,對複雜的問題用盈不足術求解也不失為一種有效的方法,如求f(x)=0的根的假借法或弦位法,其原理便是盈不足術。 盈不足術傳入阿拉伯和西方之後,長期成為他們解決數學難題的主要方法。阿拉伯人把它稱為契丹算法,又稱作雙設法。

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