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第八章 天元術與四元術 第三節 四元術

第八章 天元術與四元術

第三節 四元術

為左式,(-2z3+5z+11z+13)x+(2z4-5z3-15z2-13z-14)=0
以左式x的係數乘前式,得到(z3-4z2-4z+7)x2+(-z4+2z3+9z2+10z+7)x+(2z4-5z3-15z2-13z-14)=0
解:設x為勾a,y為股b,z為弦c,由已知條件列出x+y+z-xy(z-y)=0或-xy2+xyz-x-y-z=0(今式)。
以x乘前式,得(-z+1)x3+(z2+z+1)x2+(-2z2-z-2)x=0
-x2+x+xz+y-z=0(雲式)。
與之相消,得-3x2+(4z+4)x+(-z2-4z)=0
4z4-24z3+16z2+24z-20=0
並將人元擺到天元上。互隱通分相消,得到(-z2+3z+7)x+(z3-3z2-7z-6)=0
z=5
四元術就是多元高次方程組解法,它實際上包括四元術表示法和四元消法兩部分內容。
以3乘前式,得(-3x+3)x2+(3z2+3z+3)x+(-6z2-3z-6)=0https://read.99csw.com
以前式左行(-z+1)乘后式,(-z+1)x3+(2z3-2)x2+(-z3-3z2+2z+2)x+(2z3-2z)=0
四元術的表示方法是常數項居中,旁記一「太」字,天元冪係數居下,地元居左,人元居右,物元居上,其冪次由它們與「太」字的位置關係決定,不必記出天、地、人、物等字,距「太」字愈遠,冪次愈高,相鄰兩元冪次之積記入每行列的交叉處,不相鄰之元的冪次之積無相應位置,寄放在夾縫中,如圖33。一個籌式相當於現今的一個方程式,二元方程組列出兩個籌式,三元方程組列出三個籌式,四元方程組列出四個籌式。這是一種分離係數表示法,對列出高次方程組與消元都很方便。可惜由於平面只有上、下、左、右四個方向,最多只能列出四元,高出四元的方程組便無能為力。

圖33 四元布列
又以z乘前式(-z2+z)x2+(z3+z2+z)x+(-2z3-z2-2z)x=0
兩者相消,得(-z2+3x+7)x+(z3-3z2-7z-6)九九藏書=0為左式。
將y=-x2+x+xz-z代入三元式,便得到后式:x3-2x2+2x-2x2z+4xz-2z+xz2-2z2=0
以雲式減今式,以x除,並將y2=z2-x2,y=-x2+x+xz-z代入,便得到前式:x2+x-x2z+xz-z+xz2-2z2-2=0
z4-6z3+4z2+6z-5=0
為右式。
兩者相消,得(z2-z-3)x2+(-z3-z2+3z+4)x+(2z3-2z)x=0
四元術的核心是四元消法,即將四元四式消成三元三式,再消成二元二式,最後化成一元一式,即高次開方式。朱世傑《四元玉鑒》卷首的「假令細草」中列出了天元術、二元術、三元術和四元術的範例。謹將第3問「三才運元」的消法解釋如下。
問題是:「今有股弦較除弦和和與直積等。只雲勾弦較除弦較和與勾同,問弦幾何?」即已知(a+b+c)÷(c-b)=ab,(-a+b+c)÷(c-a)=a,及勾股定理a2+b2=c2,求c。其解法是:(見第133—135頁)
以前式x2的係數(-z+1)及x乘左式,得(z3-4z2-4z+7)x3+(-z4+4z3+4z2-z-6)x=0兩者相消為右式:(-2z3+5z2+11z+13)x+(2z4-5z3-15z2-13z-14)=0]read.99csw.com
[以前式左行(-z+1)乘此式,得(3z-3)x2+(-4z2+4)x+(z3+3z2-4z)=0
內二行相乘得(z3-3z2-7z-6)(-2z3+5z2+11z+13)=-2z6+11z5+10z4-43z3-146z2-157z-78
x2+y2-z2=0(三元式)。
兩者相減應為0
外二行相乘得(-z2+3z+7)(2z4-5z3-15z2-13z-14)=-2z6+11z5+14z4-67z3-130z2-133z-98
同樣
草曰:立天元一為勾,地元一為股,人元一為弦。三才相配求得今式,求得雲式,求得三元之式,以雲式剔而消之,二式皆人易天位,前得,后得,互隱通分,相消,左得,右得。(羅士琳細草:以前式左行齊之,得,消前式,得,又以前式消之,得。復以前式左行齊之,得,三因前式,得,消之得為左式。以左行齊前式得;以以前式左行齊左式,得,相消得為右式。內二行得,外二行得,內外相消,四約之,得開方式,三乘方開之,得弦五步。https://read.99csw.comread•99csw.com
由於朱世傑的文字過於簡括,「互隱通分相消」所引用羅士琳細草,只是提供一個大體說明消元過程的例子。至於是否符合朱氏原意,不得而知。事實上,許多學者有不同的細草。