第四章 面积与体积 第一节 多边形面积
长方形在古代叫方田,《九章》提出的面积公式是“广从步数相乘得积步”。古代“广”指东西的长度,“从〔zong纵〕”指南北的长度,则面积S=ab。刘徽对这一公式未证明,而是给出了面积定义:“凡广从相乘谓之幂。”幂的涵义与今天指乘方不同。
三角形叫圭田,《九章》提出的面积算法是“半广以乘正从”,广即底,正从即高,公式为S=½ah。刘徽记载了以盈补虚的证明方法,将三角形拚补成长方形,如图1所示。以盈补虚,又称出入相补,是中国古代解决面积、体积、勾股等问题的主要方法之一。
图1 圭田之出入相补
直角梯形,《九章》称之为邪田,其面积的计算公式是S=½(a1+a2)h,其中a1、a2、h是上、下底及高,也是拚补成长方形以证明其面积,如图2所示。一般梯形叫箕田,它可分解成两个邪田,其面积公式同上。
图2 邪田之出入相补
秦九韶的三斜求积术是已知三角形三边求其面积的方法:今有一三角形田,小斜13里,中斜14里,大斜15里,其面积的求法是:“以小斜幂并大斜幂,减中斜幂,余半之,自乘于上。以小斜幂乘大斜幂,减上,余,四约之,为实。一为从隅,开平方得积。”(《数书九章》卷五)这段话用现代符号写出便是:
根号下的多项式分解因式便成为½(a+b+c)·½(a+b-c)·½(c+a-b)·½(b+c-a)。可见三斜求积公式与古希腊海伦公式是等价的。秦九韶还用三斜求积术解决了四不等田的面积。