【李冶拿起一根木棍,在积雪中画了一个圆,又在圆外画了一个直角三角形,三个顶点都落在圆上】
李冶:你们看,这勾股形的“勾”
长六步,“股”
长八步,“弦”
长十步。若设圆城直径为“天元一”
,根据“弦切定理”
,从圆外一点引圆的切线和割线,切线长是割线长与它的外段长的比例中项。我们可以据此列出等式:(勾-切线长)2+(股-切线长)2=弦2。
赵算盘(连忙掏出算筹,在石桌上摆出等式):先生,俺懂了!把“天元一”
代入切线长的公式,就能把等式里的未知数都变成“天元一”
,这样就能列方程了!
【陈墨拿着竹简,在一旁记录,笔尖在麻纸上飞快滑动】
陈墨:先生,俺把您说的步骤都记下来了,往后咱们每推演一次,就记一次,将来整理成册,别人一看就懂。
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李冶(看着三人忙碌的身影,心中涌起一股热流):好!咱们就把这些推演过程都记下来,从简单的勾股容圆,到复杂的圆城图式,一步步来。总有一天,这“天元术”
会像一盏灯,照亮后世算学的路。
【阳光穿透云层,洒在积雪上,反射出耀眼的光。石桌上的算筹、麻纸上的图形,在晨光中显得格外清晰。】
第二幕:困局与突破
场景三:草庐内,春末
【案上堆满了写满算式的麻纸,李冶眉头紧锁,盯着一张画满圆与勾股形的图纸,手指在“天元一”
的符号上反复摩挲。王夯、陈墨、赵算盘围在一旁,大气不敢出。】
李冶(轻声自语):不对,还是不对。这“三斜求积”
的问题,若只知三角形的三边,如何用“天元术”
求其内切圆直径?设“天元一”
为直径,可三边与直径的关系,始终差一个关键的等式。
赵算盘(小心翼翼地递上一杯热茶):先生,您都三天没合眼了,要不先歇歇?俺们再把之前的算式捋一遍,说不定能找到错处。
【李冶接过热茶,却没有喝,目光依旧停留在图纸上。陈墨突然想起什么,转身从竹简堆里翻出一卷书】
陈墨(激动地喊道):先生!您看这卷《周髀算经》!里面说“勾股各自乘,并而开方除之,得邪至日”
,这和您说的勾股定理一样。那里面有没有关于圆和三角形的关系?
【李冶连忙接过《周髀算经》,快速翻阅。当看到“凡勾股之法,先知二数,然后推一”
时,他猛地一拍桌子,茶水都溅了出来】
李冶(眼中闪过精光):我明白了!是我太执着于直接设“天元一”
为直径,却忽略了先求三角形的面积!三角形的面积等于内切圆半径乘以半周长,而直径是半径的两倍,只要先设“天元一”
为面积,求出面积后,再反推直径,问题就迎刃而解!
王夯(没听懂,却跟着激动):先生,您是说,咱们绕个弯子,先算别的数,再算直径?
李冶(笑着点头):正是!就像走路,前面有堵墙,咱们不能硬撞,得绕过去。算学也是如此,遇到难题时,换个角度设“天元一”
,或许就能豁然开朗。
【赵算盘立刻掏出算筹,在案上摆出算式】:先生,那俺现在就试!设“天元一”
为三角形面积,半周长是(勾+股+弦)÷2,内切圆半径就是“天元一”
除以半周长,直径就是两倍的半径!这样一来,所有已知条件都能用上了!
【陈墨拿起狼毫,快速记录下李冶的思路,笔尖在麻纸上沙沙作响】
陈墨:先生,俺把这个方法记下来,取名叫“间接设元法”
,往后遇到类似的问题,就能照这个思路来。
李冶(看着三人忙碌的身影,露出欣慰的笑容):好!咱们不仅要算出答案,还要把方法总结出来,让后人能举一反三。这《测圆海镜》,不仅要记录“天元术”
的应用,更要教会世人如何用“天元术”