阿基米德和劉徽是如何計算圓周率的(三)

面對開方運算,劉徽的做法是,大膽無畏的開下去,一路用十進制的小數表示。剛開始的時候,每一個數字都有單位,恰好,這些單位之間就是十進制;后來,單位用完了,劉徽稱之為“微數”,終于挑一個十進制分數近似一下。所以,這種方法一開始就是十進制運算。用到的單位有“尺寸分厘毫秒忽”,忽以下就是無名微數。結果中沒提及的單位,自動補零。

阿基米德的做法是用分數“夾”住結果,先給出 265/153 作為下界,后文給出 1351/780 作為上界,然后,暫時就不需要開方了,反正 3 的算術平方根在這兩個數之間,跑不遠。他的這個方法,假如古代中國人用的話,一定會稱之為“不算之算",或者”不開之開”。他其實是沒辦法,因為那個時候,十進制不發達,也不流行。十進制的地位可能不如六十進制呢。

現代,六十進制依然會出現在角度、時間等地方。人們選擇60進制的原因是,60能夠被很多的數字整除。每一個剛接觸除法的人,都會討厭除不盡的情況,后來,分數出現了,就擺放在那里,做“不除之除”。開方也是,剛開始,劉徽開開,阿基米德不怎么開,現代的人都不開了,擺個根號蓋住就是了,需要用結果的時候,再開出若干位。

論起進制,中國古代最發達,有十進制,十六進制,十二進制,六十進制,六進制等。“半斤八兩”的成語就是誕生在十六進制的情況下,只有在十六進制的時候,半斤才會等于八兩。劉徽的年代,還有一種六進制,一步為六尺。單位的換算,本質上就是幾進制的切換,因此劉徽的運算恰好剛剛到沒有單位的地方。后來祖沖之能夠算的更遠,是因為他從“億”這樣大級別的單位開始算。對于古人來說,沒有單位,就沒有進制。

不依賴單位的運算,印度人最發達。他們發明了 0 這樣的占位符,有 0 就可以占一個位。而且,印度人發明的阿拉伯數字,書寫十分便利。

論起能算,古羅馬人比中國人更勝一籌,據說羅馬數字可以進行開方運算,我不敢想象。羅馬數字放在鐘表上是好看,運算起來難道真的比算籌便利嗎?

先上阿基米德的圖


阿基米德外切圖

如圖,阿基米德先在圓O上任意選一條半徑,OA,。然后過A做OA的垂線,再做角AOB為30度的角。30度是現在的說法,當時說是直角的三分之一。這樣一來,OA/AB = SQRT(3) > 265:153

數學公式的輸入,歷來是個大難題。只能用圖片了。


第一次分割

(斜體中文是可怕的,待以后糾正)

然后繼續對角AOC進行平分,然后計算比例。這個比例用現代的觀點看,在直角三角形中,一個是銳角的相鄰直角邊比對邊,叫做余切;一個是斜邊比對邊,叫做余割。

以后的步驟,本質上是不斷計算半角的余切和余割函數值,是用幾何的方法計算,不是代數的方法。


三角函數

從三角函數可以看的更加直觀,計算半角的余切,把原角的余切和余割加起來就行了;計算半角的余割,就用它自身的余切平方,加一,再開方。之前的步驟是在用30度角的余切和余割計算15度角的函數值。以后的步驟是,計算7.5度的,再計算 3.75 度的,1.875度的。

我還是不習慣把對函數值的平方寫在函數的右上角,那樣看起來感覺是復合函數


三角函數的冪應該怎么寫
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