大衍求一术
2011-03-10 17:16阅读:
大衍求一术
任何一门科学,都有各自的精确度要求。1967年,在第十三届国际计量大会上,规定铯
Cs133原子基态的两个超精细结构能级( F=4,mF=0),(
F=3,mF=0)之间的跃迁频率为9192631770赫兹,相应的射线束连续9192631770个周期的时间为一秒。铯频率标准具有准确度高(达10-12量级),稳定度好(10-14量级)的优点。在计时上,天文钟三年差一秒,石英钟三百年差一秒,铯原子钟三百万年差一秒。用铯原子钟计时当然是最好的,不过,对于农业、历史、考古、医药等,用“地球钟”,即误差不大于一日的记时体系就足够了。换句话说,运用干支表示法和中学中常用的计算方法,在误差要求不大于24小时条件下,算历,或者说求朔望(即平朔)和定节气,是不困难的。要作到这点,必须引入大衍求一术:
《周易·系辞》云:“大衍之数五十,其用四十有九,分为二以象两,挂一以象三,揲之以四以象四时,归奇于扐以象闰,五岁再闰,故再扐而后挂。”这里,“四时”,即是冬春夏秋。“象闰”,指回归年和十二个朔望月有十日之差,故累积起来,每
年,即二年多,便有一个闰月。“五岁再闰’,指五年之内,还要再闰第二次。大衍之术,最早何时用于算历,不得而知,但其下限,应在《周易·系辞》成书之前。
|
在《系辞》成书年代,演大衍术一术用蓍草作工具;秦汉后,多用算筹作工具;宋元之后,算盘作为一种更大程度上为方便的工具,以
取代了算筹。
《数书九章》卷一《古历会积》介绍了大衍求一术的算历过程。下面我们仅借较为简单的《余米推数》来介绍大衍术的原理和运算。在演算中,我们使用阿拉伯数字。
例:今有物不知数,以19除之余1,以17除之余14,以12除之余1,问物几何。
解:设定母为α,有α
1=19,α
2=17,α
3=12
衍母为
M,有
M=
min(α
1·α
2·α
3……α
n)= 19 x 17 x 12= 3876
衍数为 Gi,
|
Gi= |

|
有:G
1= 17 x 12= 204
G
2= 19 x 12= 228
G
3= 19 x 17= 323
奇数为g
i,g
i=
g
1=14,g
2=7,g
3=11
| 一、求“以19除之余 1”的乘率K1 |
| l、“分为二以象两”;即将奇数g1,定母a1,分别列上下,如右 |
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| 2、“挂一以象三”:左上角加一筹 |
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| 3、“揲之以四,以象四时”,以 14除 19,商添在左下角,余数 5代替被除数 |
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| 4、“归奇于扐以象闰”:将右上方数14除以右下数5,其商乘以左下数 1后,并入左上数1成为3,余数4代替被除数14. |
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5、“五年再闰”:将右方两数,展转相除,其商分别依次加到左方上下
两数. |
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6、“八年三闰”:右上4除以3(不能除以1,否则右上角不能为1,达不到求一的目的),左下角4乘以除数(注意,不是商数),且并入左上角.右上出现1,所以乘率为左上角之数15. |
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| 二、求“以17除之余14”的乘率 K2 |
| l、分为二以象两: |
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| 2、挂一以象三: |
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| 3、揲之以四以象四时 |
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| 4、归奇于扐以象闰:右上方出现1,故乘率k2= 5 |
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| 三、求“以12除之余1”的乘率K3 |
| 1、分为二以象两,挂一以象三 |
|
| 2、揲之以四,以象四时 |
|
| 3、归奇于扐以象闰 |
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右上出现l
②,所以k
3=11
| 于是, |
1X 15 X 17 X 12 = 19的倍数 |
+1=17的倍数 |
=12的倍数 |
=3060 |
|
14 x 5 x 19 x 12=19的倍数 |
=17的倍数 |
+14=12的倍数 |
=15960 |
| +) |
1 X 11 X 17 X 19=19的倍数 |
=17的倍数 |
=12的倍数 |
+1=3553 |
|
|
22573 =19的倍数 |
+1=17的倍数 |
+14=12的倍数 |
+1=22573 |
| —) |
5 X 3876=19的倍数 |
=17的倍数 |
=12的倍数 |
=19380 |
|
|
3193= 19的倍数 |
+1=17的倍数 |
+14=12的倍数 |
+l=3193 |
答:该数是3193
用现代数学表示,则是解一次同余式:
N≡ 1(
mod 19),≡14(
mod 17),≡ 1(
mod
12)
| ki |
|
≡l(mod ai) |
| Gi= |
|
>ai,gi<ai, |
有G
i ≡g
i(mod
a
i),k
iG
i≡k
iG
i(mod
a
i)
∴ k
ig
i≡1(mod a
i ),
又C
1=g
1;C
2=g
2C
l+
l;……;C
n=k
i
计算得k1=15,k2=5,k3=11
|
3060 ≡ |
1(mod 19),≡ |
0(mod 17),≡ |
0(mod 12) |
|
15960≡ |
0(mod 19),≡ |
14(mod17),≡ |
0(mod 12) |
| +) |
3553≡ |
0(mod 19),≡ |
0(mod 17),≡ |
l(mod 12) |
|
|
22573≡ |
l(mod 19),≡ |
14(mod17),≡ |
1(mod 12) |
| —) |
19380≡ |
0(mod 19),≡ |
0(mod 17),≡ |
0(mod 12) |
|
|
3193≡ |
1(mod 19),≡ |
0(mod 17),≡ |
1(mod 12) |
(文科读者如读不懂本节,可以不读,因为在以后的换算中,用不着它。在那里,我们利用了太初年间的观测数据,已将问题简化,已将大衍术从天文历法家手中解放出来,使得它成为每一个只懂四则运算的小学生都可以运算的数学手段了)。
注此文发表在《湘潭师专学报》,自然科学版,1983年1期
②右上出现1是演算结束的充要条件。
如今展转相除中商数为g
i
余数为r
i
“归扐”值为c
i,则演算过程中分别为
c
l=g
1;
c
2=g
2c
l+l;
c
3=g
3c
2+c1;
c
n= g
nc
n-
1 +
c
n-
2
设 l
2=g
2,
l
3=g
3l
2+ l,……,
l
n=g
nl
1+l
n-1
乘率为k
1,则有
r
1=
a
i-g
ig
l=a
i
-c
lg
i,
r
2
=g
i-r
1g
2=g
i-(a
i-c
1g
i)g
2
=c
2g
i-l
2a
i,
r
3=r
1- r
2g
3
=(a
i-c
1g
i)-
(c
2g
i-l
2a
i)g
2=l
3a
i-l
3g
i
很明显,只有,r
2= 1,且n为偶数时,才有
r
n-1=l
n-1a
i-c
n-1g
i;
r
n=c
ng
i-l
na
i=1,即
c
ng
i≡l(mod
a
i),才有c
n=k
i,而右上为1是保证n为偶数的充要条件
(未完,待续)