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第九章 垛積招差 第二節 隙積術

第九章 垛積招差

第二節 隙積術

不難看出,這都是二階等差級數求和問題。同時,可以看出,在沈括的隙積術中令a1=b1=1,a2=b2=n,便是楊輝的四隅垛公式;令a1=b1,a2=b2,便是楊輝的方垛公式;令a1=1,b1=2,a2=n,b2=n+1,便成為兩個三角垛之和1·2+2·3+3·4+…+n(n+1)=n(n+1)(n+2)/3。
方垛(比類方亭)的求積公式為:Sn=a2+(a+1)2+(a+2)2+…+(b-1)2+b2=n〔a2+b2+ab+½(b-a)〕/3九*九*藏*書
兩端除以2,便得到楊輝的三角垛公式。
級數a1 b1(a1+1)(b1+1)(a1+2)(b1+2)(a1+3)(b1+3)(a1+4)(b1+4)…
一階差a1+b1+1a1+b1+3a1+b1+5a1+b1+7…
二階差2222…
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三角垛(比類鱉臑)的求積公式為:Sn=1+3+6+10+…+½n(n+1)=n(n+1)(n+2)/6
等差級數問題在宋元時代發展為高階等差級數求和問題。這一課題的開創者是北宋大科學家沈括。沈括研究了《九章算術》的芻童等立體體積公式(見第四節),認為已相當完備,但是,沒有求隙積的方法。隙積就是積之有隙者,如將一顆顆棋子、壇、罐等壘起來,如圖34,雖然有芻童的形狀,但因有刻缺空隙,若用芻童術求積,數值偏小。沈括便提出了隙積術。設隙積的上底寬a1,長b1,下底寬a2,長b2,高n層,且a2-a1-b2-b1=n-1,沈括提出的隙積術是:S=a1b1+(a1+1)(b1+1)+(a1+2)(b1+2)+…+a2b2=n〔(2a1+a2)b1+(2a2+a1)b2+(a2-a1)〕/6九九藏書九_九_藏_書
南宋楊輝《詳解九章演算法》以各種菓子垛比類《九章》的立體。其中芻童形菓子垛與沈括的隙積術相同。四隅垛(比類方錐、陽馬)的求積公式為:Sn=12+22+32+…+n2=n(n+1)(n+½)/3

圖34 隙積
即芻童狀隙積中物件的個數比芻童體積多n/6×(a2-a1)。隙積術實際上是一個二階等差級數求和問題: