青朱出入图的历史,怎样用勾股定理证明青朱出入图?
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勾股定理(也称商高定理)是中国古代天文观测实践中立竿测影的重大发现,在中国古代数学、天文历法和工程运用极其广泛,影响深远。最早数学著作记述见于《周髀算经》中周公与商高的对话。对话中提及大禹治水时期,勾股定理就已经应用于治水工程中,还延伸至国家建章立制的政治高度—“故禹之所以治天下者,此数之所生也。”
《周髀算经》中记载,周公后人陈子叙述的勾股定理公式为“若求邪至日者,以日下为勾,日高为股,勾股各自乘,并而开方除之,得邪至日”,即。
《史记·夏本纪》记载大禹治水:“陆行乘车,水行乘船,泥行乘橇,山行乘檋。左准绳,右规矩,载四时,以开九州,通九道,陂九泽,度九山。”其中的规和矩就是运用勾股定理的实用工具之一。
刘徽在《九章算术注》序言中,言及周代运用勾股定理立杆测影:“以南戴日下及日去地为勾、股,为之求弦,即日去人也。以径寸之筒南望日,日满筒空,则定筒之长短以为股率,以筒径为勾率,日去人之数为大股,大股之勾即日径也。虽夫圆穹之象犹曰可度,又况泰山之高与江海之广哉。”。这段论述,是勾股定理在古代中国用于立杆测影的佐证之一。
因此,历代中国数学家对勾股理论非常重视,倾注大量心血进行研究,成果斐然,以东汉末期赵爽勾股弦图(即:勾股圆方图)为代表。
2002年第24届国际数学家大会(ICM)在北京召开。中国邮政e799bee5baa6e58685e5aeb931333361303066发行一枚邮资明信片,邮资图就是这次大会的会标—中国古代证明勾股定理的赵爽弦图。
在上述背景下,数学家刘徽(公元263年)作《九章算术注》时,依据其“割补术”为证勾股定理另辟蹊径而作“青朱出入图”。图虽失传,但据其“出入相补、以盈补虚”原理,参照书中类似方法,后人还原了此图。
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刘徽在证明勾股定理时,也是用的以形证数的方法,只是具体的分合移补略有不同.刘徽的证明原也有一幅图,可惜图已失传,只留下一段文字:“勾自乘为朱方,股自乘为青方,令出入相补,各从其类,因就其余不动也,合成弦方之幂.开方除之,即弦也.”后人根据这段文字补了一张图。大意是:三角形为直角三角形,以勾a为边的正方形为朱方,以股b为边的正方形为青方。以盈补虚,将朱方、青放并成弦方。依其面积关系有a^+b^=c^.由于朱方、青方各有一部分在弦方内,那一部分就不动了。 以勾为边的的正方形为朱方,以股为边的正方形为青方。以赢补虚,只要把图中朱方(a2)的I移至I′,青方的II移至II′,III移至III′,则刚好拼好一个以弦为边长636f7079e799bee5baa6e79fa5e9819331333262366334的正方形(c的平方 ).由此便可证得a的平方+b的平方=c的平方。 这个证明是由三国时代魏国的数学家刘徽所提出的。在魏景元四年(即公元 263 年),刘徽为古籍《九章算术》作注释。在注释中,他画了一幅像图五(b)中的图形来证明勾股定理。由於他在图中以「青出」、「朱出」表示黄、紫、绿三个部分,又以「青入」、「朱入」解释如何将斜边正方形的空白部分填满,所以后世数学家都称这图为「青朱入出图」。亦有人用「出入相补」这一词来表示这个证明的原理。