測圓海鏡

《測圓海鏡》是中國金代數學家李冶的代表作，於公元1248年寫成。全書一共十二卷，由一百七十個問題組成。書中對勾股容圓的問題進行了探討，系統地建立了「天元術」（列一元方程的方法）來解決幾何問題。《測圓海鏡》被認為是中國現存的第一部天元術著作。

天元術是對具體問題列出方程而後求解的方法。天元術於宋金時期開始發展，到元朝達到一個高峰。在《測圓海鏡》問世之前，中國雖有以天人代表未知數用以布列方程和多項式的工作，但早期著作已失，僅存被引用的一些片段。李冶在《測圓海鏡》中系統而概括地總結了天元術，用「天元」代替未知數，列出方程，然後求解。

## 內容

《測圓海鏡》由卷一的圓城圖式、說明各個長度名稱的總率名號、給出各個長度數值的今問正數、囊括了各個量之間關係的公式總集識別雜記；卷二至卷十二，共一百七十個問題及其解答所組成。書中一共有148問，182種方法是以天元術列出方程以求解，其中列出一次方程31個，二次方程106個，三次方程24個，四次方程20個，六次方程1個

### 卷一

#### 圓城圖式

圓城圖式（右圖）是全書的總括圖解，由一個直角三角形（古時稱為勾股形）、它的內切圓以及一些特定的點和直線組成。其中的頂點、圓心和交點都用某個漢字來指代。最大的三角形的三個頂點分別是天、地、乾，天地乾三角形的內切圓圓心稱為心。過心的垂直線從上至下分別和三角形、內切圓交於日、南、北三點。過心的水平線從左至右分別和三角形、內切圓交於川、東、西三點。過東的垂直線和過南的水平線都是內切圓的切線，它們分別交天地乾三角形於艮、坤、山、月四點，而相交於巽點。乾坤巽艮構成一個正方形。過月的垂直線交東西水平線於青點，交地乾邊於泉點。過山的水平線交南北垂直線於朱點，交天乾邊於金點。而這兩條線相交於泛點。最後過日的水平線交天乾邊於旦點，過川的垂直線交地乾邊於夕點。總共22個點。

#### 總率名號

全書所研究的三角形一共有15個，全部是以天地線之間的線段為弦（斜邊）的直角三角形。總率名號給出了這些三角形和線段的名稱。它們分別是：

序號｜三角形名稱｜對應的三個頂點｜弦c｜股b｜勾a

1｜通｜天地乾｜通弦（天地）｜通股（天乾）｜通勾（地乾）

2｜邊｜天西川｜邊弦（天川）｜邊股（天西）｜邊勾（西川）

3｜底｜日地北｜底弦（日地）｜底股（日北）｜底勾（地北）

4｜黃廣｜天山金｜黃廣弦（天山）｜黃廣股（天金）｜黃廣勾（山金）

5｜黃長｜月地泉｜黃長弦（月地）｜黃長股（月泉）｜黃長勾（地泉）

6｜上高｜天日旦｜上高弦（天日）｜上高股（天旦）｜上高勾（日旦）

7｜下高｜日山朱｜下高弦（日山）｜下高股（日朱）｜下高勾（山朱）

8｜上平｜月川青｜上平弦（月川）｜上平股（月青）｜上平勾（川青）

9｜下平｜川地夕｜下平弦（川地）｜下平股（川夕）｜下平勾（地夕）

10｜大差｜天月坤｜大差弦（天月）｜大差股（天坤）｜大差勾（月坤）

11｜小差｜山地艮｜小差弦（山地）｜小差股（山艮）｜小差勾（地艮）

12｜皇極｜日川心｜皇極弦（日川）｜皇極股（日心）｜皇極勾（川心）

13｜太虛｜月山泛｜太虛弦（月山）｜太虛股（月泛）｜太虛勾（山泛）

14｜明｜日月南｜明弦（日月）｜明股（日南）｜明勾（月南）

15｜叀｜山川東｜叀弦（山川）｜叀股（山東）｜叀勾（川東）

其中弦是三角形斜邊，股是三角形的長直角邊（這裡是豎直的），勾是三角形短直角邊（這裡是水平的）。（$a_{1}$代表通勾，$b_{1}$代表通股，$c_{1}$代表通弦，余類推）。

#### 今問正數

今問正數一節給出了圓城圖式中每個線段的長度。其中以內切圓的半徑為120步，作為標準。

- 弦
- 勾
- 股
- 勾股和：a + b
- 勾股校：b - a
- 勾弦和：a + c
- 勾弦校：c - a
- 股弦和：b + c
- 股弦校：c - b
- 弦校和：c + (b - a)
- 弦校校：c - (b - a)
- 弦和和：(a + b) + c
- 弦和校：(a + b) - c

例子:「通弦六百八十，勾三百二十，股六百；勾股和九百二十，較（兩者的差）二百八十；勾弦和一千，較三百六十；股弦和一千二百八十，較八十；弦較和九百六十，較四百；弦和和一千六百，較二百四十。」

15個勾股形中上高 = 下高；上平 = 下平，因此，15個勾股形中，只有13個勾股形是相異的。

《今問正數》共15個勾股形×13項=195項。

列表如下。

#### 識別雜記

識別雜記都是關於不同線段之間的幾何關係式。一共給出了692個公式。是全書的綱領。

識別雜記包含八項：

- 諸雜名目：是全書的總綱，列出各項定義，例如虛勾虛股相得名為虛率，高股平勾差名為角差，又名遠差等等。諸雜名目中還列出三十餘項定理，如凡大差小差相乘為半段徑冪，大差勾小差股相乘同上、黃廣股黃長勾相乘為經冪等等。

##### 名目

名目｜定義

內率｜$a_{14}*b_{15}$

外率｜$b_{14}*a_{15}$

虛率｜$a_{13}*b_{13}$

角差｜$b_{7}-a_{8}$

次差｜$(b_{14}-a_{14})+(b_{15}-a_{15})$

混同和｜$b_{11}+a_{10}$

傍差｜$(b_{14}-a_{14})-(b_{15}-a_{15})$

夎差｜$(b_{14}-a_{14})-(b_{15}-a_{15})-(b_{13}-a_{13})$

夎和｜$(b_{14}-a_{14})-(b_{15}-a_{15})-(b_{13}+a_{13})$

##### 雜用公式

- $(c_{1}-a_{1})*(c_{1}*b_{1})$= $1 \over 2$*$(d_{1})^2$
- $a_{10}*b_{11}$= $1 \over 2$ $(d_{1})^2$
- $a_{13}*b_{1}$= $1 \over 2$ $(d_{1})^2$
- $a_{1}*b_{13}$= $1 \over 2$ $(d_{1})^2$
- $b_{2}*b_{15}$= $(r_{1})^2$
- $a_{14}*a_{3}$= $(r_{1})^2$
- $a_{5}*b_{4}$= $(d_{1})^2$
- $a_{8}*b_{6}$= $a_{9}*b_{7}$ $=(r_{1})^2$
- $(b_{14}*c_{14})*(a_{15}+c_{15})$= $(r_{1})^2$
- $c_{6}*c_{8}$= $c_{7}*c_{9})$=$a_{13}*b_{13}$

##### 五和五較

- $a_{2}+b_{2}+c_{2}=b_{1}+c_{1}$
- $$a_{3}+b_{3}+c_{3}=a_{1}+c_{1}$$
- $$a_{4}+b_{4}+c_{4}=2b_{1}$$
- $$a_{5}+b_{5}+c_{5}=2a_{1}$$
- $$a_{6}+b_{6}+c_{6}=b_{1}$$
- $$a_{7}+b_{7}+c_{7}=b_{1}$$
- $$a_{8}+b_{8}+c_{8}=a_{1}$$
- $$a_{9}+b_{9}+c_{9}=a_{1}$$
- $$a_{10}+b_{10}+c_{10}=b_{1}+c_{1}-a_{1}$$
- $$a_{11}+b_{11}+c_{11}=c_{1}-b_{1}+a_{1}$$
- $$a_{12}+b_{12}+c_{12}=c_{1}$$
- $$a_{13}+b_{13}+c_{13}=a_{1}+b_{1}-c_{1}$$
- $$a_{14}+b_{14}+c_{14}=c_{1}-a_{1}$$
- $$a_{15}+b_{15}+c_{15}=c_{1}-c_{1}$$

此外還有諸弦，大小差，諸差，諸率互見，四位拾遺，拾遺。

一共692關係式，這些關係式完全是幾何定理，與具體數值無關。

舉例：第三條中「勾股和即弦黃和」一句就是：三角形兩直角邊之和等於斜邊加上內切圓直徑（「黃」指內切圓直徑）。這個命題可以由直角三角形的勾股定理推出：

設直角三角形三邊分別為$a$、$b$、$c$，其中$a^2+b^2=c^2$

內接圓直徑$d = \frac{2ab}{a+b+c}$，因此

內接圓直徑 + 斜邊 = $d + c = \frac{2ab}{a+b+c} + c = \frac{2ab + c^2 + ac + bc}{a+b+c}$

$$= \frac{2ab + a^2 + b^2 +ac + bc}{a+b+c} = \frac{(a+b)(a+b+c)}{a+b+c}$$

$= a+b$ = 兩直角邊之和

後面出現的各問題，都根據這些公式中的相等關係而列出方程，然後求解。

李冶的692個公式中，有8個是錯誤的，只是因為數值吻合而被誤認為成立。

### 第二卷

正率14問

從第二卷開始，《測圓海鏡》中一共出現了一百七十個問題，它們都是圍繞著同一個題設背景而展開。

在第二卷開頭，李冶作出了以後題目公用的總假設：

假令圓城一所，不知周徑，四面開門，門外縱橫各有十字大道。其西北十字道頭定為乾地，其東北十字道頭定為艮地，其東南十字道頭定為巽地，其西南十字道頭定為坤地。所有測望雜法，一一設問如後。

這裡的圓城就是指天地乾三角形的內切圓，其方向按照圓城圖式裡面東南西北四個點的位置而定（注意北在下方，東在左邊，與現在通用的方位相反），所謂的「乾地」、「坤地」則是指圓城圖式裡面出現的乾點、坤點等等。以後的每個問題中要求的長度都是圓城的半徑或直徑。

接下來的問題都是已知某些線段的長度，問圓城的半徑或直徑。李冶在每一題的題目之後都先寫出解法（代數演算），再給出演草（代入數值的計算）。

洞淵九容

開頭十個問題，不需要天元方程。清代數學李善蘭認為，第一個問題和《九章算術》的勾股容圓題目一樣，第二問至第十問就是《自序》中提到的「洞淵九容」。但李冶原書或《四庫全書》李銳較本都沒有這九個問題的細草，李善蘭在《天算或問》一書中根據相似三角形原理求得各式，並以第二問為例闡明如下：

$${a_{1} \over a_{1}+b_{1}+c_{1}}={a_{2} \over a_{2}+b_{2}+c_{2}}$$

$${b_{1} \over b_{1}+c_{1}}={a_{2} \over b_{2}+c_{2}}$$

又因：

$$b_{1}+c_{1}=a_{2}+b_{2}+c_{2}$$

所以

$${2b_{1}c_{1} \over a_{1}+b_{1}+c_{1}}={2b_{2}c_{2} \over b_{2}+c_{2}}$$

得

$${2a_{2} \times b_{2} \over a_{2} + b_{2}+c_{2}}=d$$

其餘類推。

第一問：或問：甲乙二人俱在乾地，乙東行三百二十步而立。甲南行六百步望見乙，問徑幾里？答曰：城徑二百四十步。

勾股容圓$d={2a_{1} \times b_{1} \over a_{1} + b_{1}+c_{1}}$

$$={2 * 320 * 600 \over 320 +600 +\sqrt(320^2+600^2)}=240$$

第二問：勾上容圓

$${2a_{2} \times b_{2} \over a_{2} + b_{2}+c_{2}}=d$$

第三問：股上容圓

$${2a_{3} \times b_{3} \over a_{3} + b_{3}+c_{3}}=d$$

第四問：勾股上容圓

$${2a_{12} \times b_{12} \over c_{12}}=d$$

第五問：弦上容圓

$${2a \times b \over a+b}=d$$

第六問：勾外容圓

$${2a_{10} \times b_{10} \over b_{10} - a_{10}+c_{10}}=d$$

第七問：股外容圓

$${2a_{11} \times b_{11} \over b_{11} - a_{11}+c_{11}}=d$$

第八問：弦外容圓

$${2a_{13} \times b_{13} \over b_{13} + a_{13} -c_{13}}=d$$

第九問：勾外容圓半

$${2a_{14} \times b_{14} \over c_{14} - a_{14}}=d$$

第十問：股外容圓半

$${2a_{15} \times b_{15} \over c_{15} - b_{15}}=d$$

天元術

從第十四題開始，引入天元術，將所求的未知量設為「天元」，然後根據識別雜記中給出的公式構造出兩個天元式，另其相等，然後解方程得出答案。《測圓海鏡》中天元式的次序，高次冪在常數項之上，和《益古演段》，《四元玉鑒》的相反。

第十四問

「或問出西門南行四百八十步有樹，出北門東行二百步見之。問答同前」。

法曰：以二行步相乘為實，二行步相併為從，一步常法，得半徑。

草曰：立天元一為半徑，置南行步在地。

內減天元半徑得股圓差：$480-x$

元

。

又置乙東行步在地，內減天元，得勾圓差：$200-x$

元

以勾圓差增乘股圓差得半段黃方冪：$x^2-680x+96000$

元

又置天元冪以倍之，也為半段黃方冪。

元

因此，得$x^2-680x+96000=2x^2$

相消得：$-x^2-680x+96000=0$

元

解方程，得半徑$r=120$。

### 第三卷

邊股17問

標題文字｜已知｜未知數x｜方程

1｜<$b_{2}$，$c_{4}$｜直接計算

2｜$b_{2}$，$a_{11}$｜d｜$x^2+a_{11}x-2b_{2}a_{11}=0$

3｜$b_{2}$，$b_{11}$｜r｜$x^2+b_{2}x-b_{2}b_{11}=0$

4｜$b_{2}$，$a_{15}$｜d｜$x^3+a_{15}x^2-4a_{15}b_{2}^2=0$

5｜$b_{2}$，$a_{14}$｜d｜$x^3-(b_{2}-2a_{14})x^2+a_{14}^2*x+a_{14}^2*b_{2}=0$

6｜$b_{2}$，$a_{10}$｜r｜$x^2+(b_{2}-(b_{2}-c_{10}))x+b_{2}(b_{2}-c_{10})=0$

7｜$b_{2}$，$c_{2}$｜r｜$((1/2)*c_{2}-(1/2)*b_{2}+b_{2})*x^2-(1/2)*(c_{2}-b_{2})b_{2}^2=0$

8｜$b_{2}$， $c_{1}$｜r｜$2x^2+((c_{1}+b_{2})+(c_{1}-b_{2}))x-((c_{1}+b_{2})(c_{1}-b_{2})-(c_{1}-b_{2})^2))=0$

9｜$b_{2}$，$c_{6}$｜r｜$2x^2-2(b_{2}-2(b_{2}-c_{5}))b_{2}=0$

10｜$b_{2}$，$b_{14}$｜r｜$x^2-2b_{2}x+((b_{2}-b_{14})^2-b_{14}^2=0$

11｜$b_{2}$，$a_{10}$｜r｜$(2b_{2}-a_{10})x-b_{2}a_{10}=0$

12｜$b_{2}$，$c_{15}$｜$b_{15}$｜$x^2+(b_{2}+c_{15})x-b_{2}c_{15}=0$

13｜$b_{2}$，$c_{14}$｜$a_{14}$｜$x^4-2(b_{2}-c_{14})x^3+(b_{2}-c_{14})^2x^2+2b_{2}c_{14}^2x-(2(b_{2}-c_{14})-b_{2}))b_{2}c_{14}^2=0$

14｜$b_{2}$，$c_{6}$｜$r=\sqrt((2c_{6}-b_{2})b_{2})$

15｜$b_{2}$，$c_{8}$｜r｜$-x^3-c_{8}x^2-b_{2}^2x+c_{8}b_{2}^2=0$

16｜$b_{2}$，$b_{14}+c_{14}$｜用洞淵九容公式計算

17｜$b_{2}$，$a_{15}+c_{15}$｜用洞淵九容公式計算

### 第四卷

底勾17問：已知$a_{3}$及另一邊求直徑d.。

第三卷邊股問與第四卷同次第底勾問成對偶。

問｜1｜2｜3｜4｜5｜6｜7｜8｜9｜10｜11｜12｜13｜14｜15｜16｜17

第二邊｜$c_{5}$｜$b_{10}$｜$a_{10}$｜$b_{14}$｜$b_{15}$｜$c_{11}$｜$c_{13}$｜$c_{1}$｜$c_{9}$｜$a_{15}$｜$b_{11}$｜$c_{14}$｜$c_{15}$｜$c_{9}$｜$c_{7}$｜$a_{15}+c_{15}$｜$b_{14}+c_{14}$

### 第五卷

大股18問：已知$b_{1}$。

問｜1｜2｜3｜4｜5｜6｜7｜8｜9｜10｜11｜12｜13｜14｜15｜16｜17｜18

第二邊｜$b_{14}$｜$a_{14}$｜$a_{15}$｜$b_{15}$｜$b_{11}$｜$a_{11}$｜$c_{10}$｜$c_{4}$｜$c_{2}$｜$c_{1}$｜$c_{6}$｜$c_{9}-a_{11}$｜$c_{15}$｜$c_{14}$｜$c_{9}$｜$c_{12}$｜$a_{15}+b_{14}$｜$c_{13}$

### 第六卷

大勾18問：

1-11，13-19已知a_{1}，及另一邊求直徑d.

12問：已知 $a_{1}+c_{3}$及另邊，求直徑。

問｜1｜2｜3｜4｜5｜6｜7｜8｜9｜10｜11｜12｜13｜14｜15｜16｜17｜18

已知｜$a_{1}$｜$a_{1}$｜$a_{1}$｜$a_{1}$｜$a_{1}$｜$a_{1}$｜$a_{1}$｜$a_{1}$｜$a_{1}$｜$a_{1}$｜$a_{1}$｜$a_{1}+c_{3}$｜$a_{1}$｜$a_{1}$｜$a_{1}$｜$a_{1}$｜$a_{1}$｜$a_{1}$

第二邊｜$a_{15}$｜$b_{15}$｜$b_{14}$｜$a_{14}$｜$a_{10}$｜$b_{10}$｜$c_{11}$｜$c_{5}$｜$c_{3}$｜$c_{1}$｜$c_{9}$｜$b_{10}-c_{6}$｜$c_{14}$｜$c_{15}$｜$c_{6}$｜$c_{12}$｜$a_{15}+b_{14}$｜$a_{13}$

### 第七卷

明叀前18問；求直徑d。

問｜已知

1｜$a_{14}$，$b_{15}$

2｜$a_{15}$，$b_{14}$

3｜$a_{14}$，$a_{15}$

4｜$b_{14}$，$b_{15}$

5｜$a_{14}$，$c_{8}$

6｜$b_{15}$，$c_{7}$

7｜$b_{15}$，$c_{13}$

8｜$a_{14}$，$c_{13}$

9｜$d-a_{14}$，$d-b_{15}$

10｜$d-b_{14}$，$d-a_{15}$

11｜$c_{12}$，$a_{15}+b_{14}$

12｜$a_{15}+b_{14}$，$c_{13}$

13｜$b_{15}+c_{13}$，$c_{13}-b_{15}$

14｜$a_{14}+b_{15}+c_{13}$，$a_{14}+b_{15}+c_{13}-a_{14}$。

15｜$c_{14}$，$d-b_{15}$

16｜$c_{5}$，$d-a_{14}$

17｜$a_{1}-a_{14}$，$b_{1}-b_{15}$

18｜$a_{1}+a_{14}$，$b_{1}-b_{15}$

### 第八卷

邊股17問：已知 三至八邊，或其差，和，求直徑d.

問｜已知

1｜$a_{14}+b_{14}$，$a_{15}+b_{15}$，$c_{12}$

2｜$a_{14}+b_{14}$，$a_{15}+b_{15}$，$c_{13}$

3｜$(c_{12}-a_{12})+(c_{12}-b_{12})$，$d_{14}+d_{15}$

4｜$c_{15}$，$c_{14}$

5｜$b_{14}+c_{14}$，$c_{15}+b_{15}$

6｜$a_{15}+c_{15}$，$a_{14}+c_{14}$

7｜$a_{1}+c_{1}$，$a_{15}+c_{15}$

8｜$a_{1}+c_{1}$，$a_{14}+c_{14}$

9｜$b_{1}+c_{1}$，$b_{15}+c_{15}$

10｜$b_{1}+c_{1}$，$b_{14}+c_{14}$。

11｜$b_{14}+c_{14}$，$a_{15}+c_{15}$，$b_{14}+a_{15}-c_{13}$

12｜$(b_{8}-a_{8})+(b_{2}-a_{2})$，$b_{14}+a_{15}-c_{13}$

13｜$b_{7}-a_{8}$，$(b_{14}-a_{14})+(b_{15}-a_{15})$，$c_{12}-d$

14｜$(b_{7}-a_{7})+(b_{8}-a_{8})$，$(b_{14}-a_{14})+(b_{15}-a_{15})$

15｜$a_{14}+b_{14}$，$a_{15}+b_{15}$

16｜$a_{14}+a_{15}$，$b_{14}+b_{15}$

#### 第十四問

或問：高差，平差並一百六十一步，明差叀差並七十七步，問答同前。

即：

草曰：

已知

$$(b_{7}-a_{7})+(b_{8}-a_{8})=161$$

$$(b_{14}-a_{14})+(b_{15}-a_{15})=77$$

相加除2 ; 根據#雜用公式，等於皇極差：

$(b_{7}-a_{7})+(b_{8}-a_{8})+(b_{14}-a_{14})+(b_{15}-a_{15}) \over 2$ $=(b_{12}-a_{12})$

$b_{12}-a_{12}=$ $161 + 77 \over 2$ $=119$

設天元一為上平勾：

$$x=a_{8}$$

$x+ 161$ =$x+(b_{7}-a_{7})+(b_{8}-a_{8})=a_{8}+(b_{7}-a_{7})+(b_{8}-a_{8})$

$=b_{7}$ (雜用公式)

因為 $a_{8}+b_{7}=c_{12}$ (雜用公式)

$$c_{12}=x+b_{7}=2*x+(b_{7}-a_{7})+(b_{8}-a_{8})=2*x+161$$

$$c_{12}^2=(x+b_{7})^2=(2*x+161)^2=4*x^2+644*x+25921$$

$$c_{12}^2-(b_{12}-a_{12})^2$$

$=4*x^2+644*x+25921-$ $((b_{7}-a_{7})+(b_{8}-a_{8})+(b_{14}-a_{14})+(b_{15}-a_{15}))^2 \over 4$

$=4*x^2+644*x+11760=d$(圓城直徑),

$$d^2=(4*x^2+644*x+11760)^2=16*x^4+5152*x^3+508816*x^2+15146880*x+138297600$$

將 $4*x$乘下高股

$$4*x*b_{7}=4*x*(x+(b_{7}-a_{7})+(b_{8}-a_{8}))=4*x*( x+ 161)=4*x^2+644*x$$

乘之以皇極弦冪:

$d^2=4*x*b_{7}*c_{12}^2=$ $(4*x^2+644*x)*(4*x^2+644*x+25921)=$ $16*x^4+5152*x^3+518420*x^2+16693124$

因此

$16*x^4+5152*x^3+518420*x^2+16693124=$ $16*x^4+5152*x^3+508816*x^2+15146880*x+138297600$

左右相消得：

$$9604*x^2+1546244*x-138297600=0$$

解之得 $x=a_{8}=64$;

正合#今問正數中的下平勾。

### 第九卷上

大斜四問

問｜已知

1｜$a_{12}+b_{12}+c_{12}$，$b_{12}-a_{12}$

2｜$c_{1}$，$b_{1}-a_{1}$

3｜$c_{1}$，$a_{10}+b_{11}$

4｜$c_{1}$，$a_{2}+b_{3}$

### 第九卷下

大和8問

邊股17問：已知三邊，求直徑d。

問｜已知條件

1｜$a_{1}+b_{1}$，$a_{2}$，$b_{3}$

2｜$a_{1}+b_{1}$，$c_{13}+b_{13}-a_{13}$，$c_{13}-b_{13}+a_{13}$

3｜$a_{1}+b_{1}$，$a_{11}+b_{11}$，$a_{10}+b_{10}$

4｜$a_{1}+b_{1}$，$c_{10}-a_{10}$，$c_{11}-b_{11}$

5｜$a_{1}+b_{1}$，$c_{6}+c_{8}$，$c_{6}-c_{8}$

6｜$a_{1}+b_{1}$，$c_{10}$，$c_{11}$

7｜$a_{1}+b_{1}$，$c_{4}$，$c_{5}$

8｜$a_{1}+b_{1}$，$c_{2}$，$c_{3}$

### 第十卷

三事和8問

問｜已知

1｜$a_{1}+b_{1}+c_{1}$，$c_{1}-b_{1}$

2｜$a_{1}+b_{1}+c_{1}$，$c_{1}-a_{1}$

3｜$a_{1}+b_{1}+c_{1}$，$b_{1}-a_{1}$

4｜$a_{1}+b_{1}+c_{1}$，$(c_{1}-b_{1})+(c_{1}-a_{1})$

5｜$a_{1}+b_{1}+c_{1}$，$(c_{1}-b_{1})+(b_{1}-a_{1})+(c_{1}-a_{1})$

6｜$a_{1}+b_{1}+c_{1}$，$d_{14}+d_{15}$

7｜$a_{1}+b_{1}+c_{1}$，$c_{12}$

8｜$a_{1}+b_{1}+c_{1}$，$c_{13}$

### 第十一卷

雜糅18問：

第十七問，十八問取自《洞淵算書》。

問｜已知

1｜$c_{2}$，$c_{3}$

2｜$c_{5}$，$c_{4}$

3｜$b_{11}$，$c_{4}$

4｜$a_{10}$，$c_{3}$

5｜$a_{10}$，$b_{11}$

6｜$b_{7}$，$a_{8}$

7｜$b_{1}-b_{11}$，$a_{1}-a_{10}$

8｜$b_{10}-a_{10}$，$b_{11}-a{11}$

9｜$c_{13}$，$a_{10}-b_{11}$

10｜$a_{12}+b_{12}$，$a_{13}+b_{13}$

11｜$c_{1}$，$b_{1} \over a_{1}$

12｜$d_{10}-d_{11}$，$d_{12}-d_{13}$

13｜$c_{12}-[c_{10}-(b_{10}-a_{10})]$，$c_{11}+(b_{11}-a_{11})-c_{13}$，$b_{12}-a_{12}$

14｜$c_{8}-(c_{1}-b_{1})$，$(c_{1}-a_{1})-c_{7}$

15｜$a_{1}+c_{1}$，$(c_{1}-a_{1})+(c_{1}-b_{1})$

16｜$a_{12}+b_{12}+c_{12}$，$(a_{13}+b_{13})-c_{13}$

17｜(取自《洞淵算書》）

18｜取自《洞淵算書》

### 第十二卷

之分14問

問｜已知

1｜$b_{1}+c_{1}$，$a_{1}$= $8 \over 15$ $b_{1}$

2｜$a_{1}+c_{1}$，$a_{1}$= $8 \over 15$ $b_{1}$

3｜$a_{1}=(1-5/9)*3d$，$b_{1}-a_{1}$

4｜$a_{3}=(5/6)*d$，$b_{2}-a_{3}$

5｜$(15/16)b_{1}=d$，$a_{1}+b_{1}$

6｜$a_{12}=(8/15)*b_{12}$，$c_{12}-b_{12}$，$c_{12}-a_{12}$

7｜$c_{1}$，$d=(1/2)b_{2}$，$a_{3}=(5/6)d$

8｜$b_{2}+a_{3}+c_{2}$，$b_{2}=(12/17)c_{1}$，$a_{3}=(5/17)c_{1}$

9｜$a_{3}+(5/6)b_{2}$，$b_{2}+(3/5)a_{3}$

10｜$a_{11}+(1/3)b_{10}$，$b_{10}-(3/4)a_{11}$

11｜$b_{1}-d=(3/5)b_{1}$，$a_{1}-d=(1/4)a_{1}$，$(b_{1}-d)-(a_{1}-d)$

12｜$b_{1}-d=(3/5)b_{1}$，$a_{1}-d=(1/4)a_{1}$，$(1/5)b_{1}-(1/4)a_{1}$

13｜$b_{14}=(1-(15/24)b_{10})$，$a_{15}=(1-(4/5))a_{11}$，$b_{14}-a_{15}$,$b_{10}-a_{11}$

14｜$a_{1}+b_{1}+c_{1}$，$(b_{1}/a_{1})=8(1/3)$，$(a_{1}/b_{15})=10(2/3)$，$a_{14}-a_{13}$，$b_{13}-b_{15}$

## 版本

天元術並非李冶的獨創，而是從金代起便在中國北方開始萌芽。據祖頤在《四元玉鑒後序》中的記載，李冶以前研究天元術的學者有北宋蔣周撰《益古集》、李文一撰《照膽》，石信道撰《鈐經》、劉汝諧撰《如積釋鎖》等書，世人才知道有天元。此外朱世傑《四元玉鑒》引用北宋《洞淵九容細草》兩道題，其中有「立天元一」。後來李德載撰《兩儀群英集臻》兼有地元。1306年元刻本《陰陽備用三元節要》三卷下有天元，地元。但是這些早期天元術的著作已經失傳。宋代《楊輝算法》保留蔣周《益古集》的一些條段法的題目，沒保留天元術的內容。現存元刻本《陰陽備用三元節要》只有一條二元術題，《測圓海鏡》是現存最早的系統地講述天元術的著作。

到了明代，天元術因為艱深難懂而少人研究，幾近失傳。明代唐順抄錄過《測圓海鏡》，但不懂天元術；顧應祥曾經撰寫《測圓海鏡分類釋術》，但完全沒有明白天元術中天元為未知數的含義，因而將《測圓海鏡》中關於立天元列方程的演算全部刪去，只留下用開方術解方程的過程，以便後人學習。李儼認為宋金元發展起來的天元術至此已被遺忘。《測圓海鏡分類釋術》一書，雖然刪除了天元術內容，但保存了全部算題，也補入正確的幾何學解法，使得幾近失傳的《測圓海鏡》，得以從新流傳。

十八世紀時，隨著西洋算學傳入中國，李冶等人的天元術著作才被後來的數學家重新發現。戴東原從《永樂大典》中輯錄出李冶《測圓海鏡》；清朝梅瑴成（梅文鼎之孫）曾經研讀元學士李冶的《測圓海鏡》，對其中的天元之術感到不解，後來在研習西方的「借根方」法時發現所謂的「借根」就是「立天元」（都是設未知數），方才重新開始認識天元術。之後，《四元玉鑒》等其它天元術著作也被重新認識。孔廣森曾校對《測圓海鏡》中的四章。乾隆三十八年（1773年），《四庫全書》收錄了李潢家藏本的《測圓海鏡》。1798年，清代大藏書家鮑廷博刊印的《知不足齋叢書》中收錄了李銳校勘的《測圓海鏡細草》十二卷。之後又有焦循和李銳在研究了《測圓海鏡》、《益古演段》和《數書九章》後寫的《天元一釋》和《開方通釋》兩書，用較為明白的語言詳細解釋了李冶的天元術和秦九韶的正負開方術。1873年，張楚鍾發表《測圓海鏡通釋》對《識別雜記》中的幾百條定理，用幾何方法逐條證明。

## 清代研究

1896年劉岳雲出版《測圓海鏡解》，發現《圓城圖式》中各線段的簡單加減關係，發表《諸率加減表》，此後李善蘭出版《測圓海鏡解》等。他在另一篇著作《天算或問》中給出勾股容圓各公式的統一公式。其後陳維祺發表《各率及較泛積表》將《識別雜記》用「泛積」概念統一表示。王季同在《九容公式》中進一步發展了陳維祺的成果，發現

極勾=(高股 * 平勾 +平勾^2)^(1/2)

極股=(高股 * 平勾 +高股^2)^(1/2)

半徑=(高股 * 平勾 )^(1/2)

## 國際研究

19世紀初，朝鮮數學家南秉哲著《海鏡細草解》。

1913年，法國學者L.van Hoe 介紹《測圓海鏡》。1982年，法國林力娜（K. Chemla)作論文 Etude du Livre Reflects des Mesuers du Cercle sur la mer de Li Ye，獲得博士學位。1983年，新加坡大學教授藍麗蓉發表 Chinese Polynomial Equations in the Thirteenth Century,論述《測圓海鏡》。

## 評價

清代數學家對《測圓海鏡》給予很高評價。阮元認為《測圓海鏡》是「中土數學之寶書」，李善蘭稱讚它是「中華算書，無有勝於此者」。白尚恕說，《測圓海鏡》的成就，超過同時期的印度，阿拉伯和歐洲，「處於世界數學裡遙遙領先的地位」

## 參見

- 李冶《益古演段》
- 朱世傑《四元玉鑒》
- 李善蘭
- 秦九韶算法