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单词 古代中国数学家如何计算太阳直径和日地距离
释义 古代中国数学家如何计算太阳直径和日地距离
天文历算是古代数学的重要部分。在古代中国,数学家被称作“畴人”,其原意就是指世代从事天文历算的职业者。中国最古老的数学著作《周髀算经》,讲述了西周时期(约公元前1000年)的“畴人”,如何运用勾股定理和比例方法来进行天文计算的故事。

《周髀算经》书影
书中人物“陈子”告诉“荣方”:用长8尺(1尺等于10寸)的空心竹竿对准太阳,则在竿的一端观察到太阳正好掩住竿(另一端)的中孔,由此得到

另外,把8尺长的竹竿竖在周王城中一块空地上,当作“表”(也称“髀”);可以观察到,在每年夏至日正午,表的日影最短,为1尺6寸;并且朝着正南(北)方向,每过1000里,表影就短(长)1寸。于是,在表影长为6尺的那天正午,表正南6万里处日下无影;运用勾股定理和比例方法算出,那时太阳到地面日下无影处的距离为8万里,太阳到王城观测点的距离为10万里;进一步算出,太阳的直径为1250里。
现在我们知道,太阳到地球的平均距离是14960万千米,太阳直径是139万千米,所以,日地距离与太阳直径之比约为107:1。

日高图
3000年前古人的计算之所以与现代实际观测值相差很大,主要是因为他们认为大地是平的,尽管他们运用了正确的数学原理。不过,他们测出的日地距离与太阳直径之比的误差还不算太大。(善平)
【微博士】《周髀算经》与勾股定理
《周髀算经》成书于公元前1世纪前后,其中记载了一段约公元前12世纪周公与商高的对话。周公问商高一些数学测量是怎样做到的,商高的回答翻译成白话文是:“数的艺术是从研究圆和方开始的,圆形是由方形产生的,方形又是由折成直角的矩尺作出的,而矩尺的制作则要用‘九九’乘法口诀。设想把一个矩形沿对角线对折,使得短直角边(勾)的长度为三,长直角边(股)的长度为四,则斜边(弦)的长度一定是五。”商高显然给出了一个边长为3、4、5的直角三角形,也就是说他知道勾股定理的特殊形式。
【微博士】凡尔纳的《神秘岛》

19世纪法国著名科幻大师凡尔纳在其作品《神秘岛》里描述了一位工程师测量陡峭的花岗岩石壁高度的妙法,这种方法还可适用于没有阳光的阴雨天。工程师拿一根约12英尺(1英尺约等于0.3048米)长的直木杆,走到离峭壁约500英尺的地方,把木杆插进沙土约2英尺深,使它保持竖直。然后,他又走开一小段距离,仰面躺下,使眼睛看到木杆顶端和峭壁顶端正好在一直线上。接着他爬起来,在刚才的眼睛所在处插上一个木橛做标记。工程师测出木橛至木杆的距离是15英尺,而木橛至峭壁的距离为简便起见仍可认为是500英尺(因为刚才说是“约”)。于是由相似三角形,有这里10英尺是木杆插入沙土后露在地表外的高度,而x正是峭壁高度,计算得约333英尺。
【微问题】你是否知道现在测量日地距离的方法?
【关键词】测量 相似比 圆周长
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