中外科学家发明家丛书:朱载堉 (五)
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中外科学家发明家丛书:朱载堉 (五) 发布于:2013/01/19
    五、数学研究
      由于朱载堉要确定律管的内外周、内外径、横截面和容积,圆周率取何 种数值,是一个很重要的问题。朱载堉在 《律吕精义》中叙述了“新法密率 算术周径冥积相求”之法,在这里,设径为d,周为I,面积为S,按照朱载 堉的说法,则径求周为:          40  d2 / 2      I =              9 周求径为:                     2                 9I                
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的径率即圆周率,其值为               40       π=           = 3.1426968             92 + 92 他把这个数值称之为“周公密率”。
      由此看出,朱载堉的“周公密率”远不如祖冲之推算出的圆周率精确。 因此,他的关于律管的圆周、面积和容积的计算值也就有误差。可是,在实 际使用上,在以寸为单位测量时,毫位数(小数点下三位数)已是估计值了。 因此,朱载堉的圆周率数值并不影响他制造发音准确的律管。
      朱载堉在数学研究过程中,使用算盘完成了包括开方在内的大量计算。 数学与算盘是他从事乐律研究的翅膀。他完成十二平均律之时,也就是他运 用算盘进行开方运算成功之日。
      一尺为九寸,一寸为九分,称为九进尺。这种尺,一尺中共81分。在朱 载堉的《乐律全书》中称它为“纵黍律尺”。据传说,古代人以黍粒纵排81 粒,刚好为一乐律尺。一尺为十寸,一寸为十分,称为十进尺。这种尺,一 尺中共有100分。在朱载堉的《乐律全书》中称它为“横黍度尺”。因为它 是以黍粒横排百粒,其长度刚好与日常用尺相同。传说,在先秦时期,日常 用尺与乐尺相等长度。也就是,一纵黍律尺等于一横黍度尺,这两种尺的长 度相同而进位不同。
       《乐律全书》中指出了三种不同进位尺:横黍尺即平常十进尺;纵黍尺 即九进尺,斜黍尺即混合进位尺。它是以斜排黍粒90粒而得到的一种尺,称 为“斜黍九十分尺”。它的尺单位长度与横黍尺、纵黍尺相等,但尺以下各 单位为每尺九寸,每寸十分。朱载堉在这里的数学贡献是用算盘完成了九进 制和十进制的小数换算,在数学史上是一项开创性的工作。
      朱载堉的最后一项数学工作是他找到了计算等比数列的方法,并成功地 将它应用于求解十二平均律。这一点在数学史和律学史上都是有意义的。朱 载堉在《律学新说》和《律吕精义》两书中是采用一种数学表达方式来叙述 十二平均律的,这就是:将八度音程比值2进行12次方根运算,第12次方 根值即是十二平均律的半音音程;既求得半音音程,那么,只要将起始音音 高除以半音音程值,连续作这样的12次运算,就得到了十二平均律的各个音 高值。实际上,这就是在八度中构成等比数列的方法。

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