第五章 勾股測望
第三節 勾股容方與容圓
勾股容方與容圓是《九章》勾股章的兩個題目。前者是:已知勾股形勾5步,股12步,問所容正方形邊長多少?《九章》的公式是d=ab/(a+b)。後者是:已知勾股形勾8步,股15步,問其中容圓之徑多少?《九章》的公式是d=2ab/(a+b+c)。對這兩個問題,劉徽都提出了兩種方法證明之。以容圓為例。將勾股形從圓心分成朱、青、黃各部分,如圖19(1),將四個這樣的勾股形拚成以d為寬,以a+b+c為長的長方形,如圖19(2),其面積為2ab,因此d=2ab/(a+b+c)。這是出入相補的方法。另一種方法是過圓心作一中弦平行於弦,中弦與勾、股及垂直於勾、股的半徑形成兩個小勾股形,如圖19(3)。考慮其中一個,比如股上的小勾股形,設三邊為a1、b1、c1,顯然a1+b1+c1=b,而a1:b1:c1=a:b:c,因此可用衰分術:a1=ab/(a+b+c)。而d=2a1=ab/(a+b+c)。劉徽還提出
等公式。https://read•99csw.com九*九*藏*書https://read.99csw.com
等公式。勾股容圓在宋元時代成為重要的研究課題。人們考慮了各種容圓問題。元李冶便在洞淵九容基礎上演繹出《測圓海鏡》,除《九章》的容圓外,還有(見圖20):圓心在勾上且切于股、弦,稱為勾上容圓,其直徑d=2ab/(a+b),同樣,股上容圓d=2ab/(a+c),弦上容圓d=2ab/(a+b);圓心在勾股交點切于弦,叫勾股上容圓,d=2ab/c;切于勾及股、弦的延長線者稱為勾read.99csw.com外容圓d=2ab/(b+c-a),同樣,股外容圓d=2ab/(a+c-b),弦外容圓d=2ab/(a+b-c);圓心在股的延長線且切于勾、弦的延長線叫勾外容半圓,d=2ab/(c-a),同樣,股外容半圓d=2ab/(c-b)。以上共10種容圓關係,「洞淵九容」指哪9種,清代以來諸說不一。清李善蘭又補充了勾弦上容圓d=2ab/b,股弦上容圓d=2ab/a,弦外容半圓d=2ab/(b-a)。這13種容圓直徑的分母恰恰對https://read.99csw.com應于楊輝的勾股生變13名圖的各種關係,分子都是2ab。

圖19 勾股容圓

圖20 圓城圖式