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第四十九章 贾宪三角的物理应用

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正说话间,吹来一阵江风。田垚忍不住打了喷嚏。

赵榛见状,把目光定格在他身上,笑道:“田教授,这次多亏是你,解决了军中的难题。目下,汜水关将士士气高涨,有你的大功劳!”

赵榛不像古人那么迷信。对所谓冬日打雷这些纷说没有兴趣,不愿过多讨论这些玄妙之说。有意换了话题。昨日,田垚帮助折彦质修建起了砦墙。赵榛一直无暇问他如何办到。此时,正好借机询问清楚。

田垚用袖子捂住口鼻,又打了个喷嚏。才得空回道:“殿下,事有凑巧,折大人修建砦墙一事,与我所学似乎可以对应起来。我突发奇想,所以讨了个巧。”

听他这么一说,众人都产生了兴趣。纷纷问他怎么做到的。

赵榛见田垚把手缩在袖筒里,紧咬牙关,全身瑟瑟发抖,便道:“咱们先进船,听田教授好好摆一摆龙门阵。”

车船不小,首尾将近五十米。当中船舱宽敞,摆着一张长桌。众人围坐在桌旁。舱中烧着炭火,暖意融融。田垚舒服地连打了几个寒战,嘴巴一阵哆嗦。才心满意足地从怀中掏出来个袋子。抖落一番,从袋子里又掏出一把东西,摊在桌上。

“算筹?”夏言问他。

“嗯”,田垚抬头,冲他赞赏道,“夏大人好眼力。”

每根算筹大概两指长,蝇头粗细。大略点一下,得有二三百根。用竹子削制而成。满满一堆,摆在桌上。外表磨得光滑锃亮。显然是田垚的常用之物。

“一根……

“一根,一根……”

“一根,两根,一根……”

“一根,三根,三根,一根……”

“一根,四根,六根,四根,一根……”

田垚一边摆着,一边念念有词。每念一阵,停顿一下。换一行,继续一边摆一边念。如此,连摆了九行。

众人这才看出来,这九行算筹形成了一个大三角形形状,把桌子占满了。第一行,一根算筹;第二行,两根算筹,分别摆在第一行算筹之下的左右位置;第三行,四根算筹,分三列,首尾两列各一根算筹,中间一列两根算筹合在一起,摆在前一行算筹下方对应的左右位置。第四行、第五行……均如此排布。

赵榛见算筹摆成的形状,心中一动。仔细地将当中合在一起的算筹数目,计算了一番。心中暗道:“杨辉……贾宪……三角?”几乎就要脱口而出。但是,终于忍住了,没有发出声来。

杨越在旁边轻声说:“这莫非是七乘方图?”

田垚听见有人识得摆出来的图形,非常惊讶。

“杨兄,你认识此图?”

“我们医者,除了医药,卜筮数理也略微接触一些。田教授搭的这个图,我正好在一本书中看过,好像是贾宪的《黄帝九章算法细草》。我闲暇无事时在宫中藏库中浏览过此书。”

田垚不住地点头,由衷地赞叹道:“要论此图的起源,现今也说不清楚了。有人说是唐朝的李淳风,有人说是魏晋时的刘徽。不过,公认还是我朝算法大家贾宪所着。记载于方才田兄所言的算法细草中。杨兄不仅医术精湛,所学亦庞杂。连算数上的知识,也有所了解,实在佩服!不像我只知道这些算法数理。”

杨越急忙谦虚地推辞:“宫中藏书非常丰富。我又喜好读书,实乃凑巧翻过这本书。仅仅知道有这么个图。其中的奥秘,完全不懂。岂敢当田兄谬赞。”

“说起来也简单。正如杨兄所言,此图乃乘方图,便是乘方展开的算法排列。你看,这是积,此谓本积、商实、平方积、立方积、三椉积……七椉积。”田垚指着左手边缘每一列单独摆放的算筹道。

又指向右手边缘的算筹,从上而下继续介绍:“这是方法、平方隅、立方隅、三椉隅……七椉隅。”

接着,指向最后一排算筹,说道:“中间的算筹名为廉,从左向右,上廉、二廉、三廉……七廉。”

赵榛确信这是贾宪三角或杨辉三角无疑。

杨辉是南宋人,尚未出生,此图只能是贾宪所作的三角图,也就是杨越口中的七乘方图。

以后世数学术语描述,贾宪三角就是二项式展开后的系数表。左右边缘摆列的算筹,田垚口中唤作积、隅,其数量始终为一,代表着二项式展开后,最高次项式的系数始终为一。中间的廉,则代表中间项的系数。以(a+b)3为例,展开后用现代数学表示为a3+3a2b+3ab2+b3。在贾宪三角中,先找到立方积这一行,再点验田垚依次摆列的算筹数量,分别为立方积1、上廉3、二廉3、立方隅1。立方积、立方隅的算筹数量与a3、b3前的系数1相符,上廉数量与a2b项前系数3相符,二廉数量与ab2项前系数3相符。根据贾宪三角,任何髙次二项式都可以直接应用廉数快速展开。

这是中国古代非常伟大的数学成就。但是,赵榛不知道与立柱有什么关系。

田垚认真解释着,似乎想让所有人能够明白这一原理。但是,舱中除了赵榛,众人如同听天书一般,根本摸不着头脑。杨越也是一脸疑惑,显然没有数学方面的造诣。

朱大泰不耐烦地拍了一下桌子:“小田,什么鲫鱼脸?还猫鱼脸呢。我听不懂,你就直说吧,怎么把那些柱子立进土里且立稳的。”

他拍的力道不大,但已将满桌的算筹震得乱了队形。有些算筹骨碌碌滚下地面。

田垚赶紧把算筹捡起来。苦笑一声,将凌乱的算筹认真地摆放整齐。才道:“我当时也是突发奇想。嗯……那天,我在城墙上俯看玉门渡前的柱子,见柱子排列得密密匝匝。越靠近岸边,柱子数量越多……就像这里的算筹。”田垚指着第九列算筹。

“嗯”,众人听到他开始解释,都非常感兴趣,齐声应道。

“我当时想,为何靠近岸边的地方容易塌方?岸边潮湿,土壤疏松,容易塌方能够理解。但是,由于岸边屡次塌方,立柱的地方已经往后腾了几丈。与一般的土地,没有太大差别。为什么柱子前方仍然容易裂开,导致立不稳柱子?”

“是呀,这是为什么?”众人一起追问。

“问题不在土壤上,而是在柱子上!”

田垚得意地笑道:“诸位请看乘方图,我用算筹表示出来,大家一目了然。越到乘方的底部,廉数越大。我当时突然想到此图,心想廉数能不能当作立下柱子以后,柱子对外的力道呢?如果把靠近岸边的柱子当作最底部的算筹,大家看,它的廉数最大。是不是意味着这些柱子往外排出的力道最大?当力道过大时,前方的土壤承受不了,于是开始崩裂?”

“哦!”有人恍然大悟。

“你这……扯淡的么?”朱大泰迟迟疑疑,终于忍不住反驳道,“俺老朱虽然听不懂你那鲫鱼脸猫鱼脸,但也知道你这个图,说的是算术嘛……和这力道完全不是一回事,莫不是糊弄我等吧?哈哈哈。”

叶复笑着对朱大泰道:“我看田教授所言不假。柱子都立好了,摆在那,还能有假?小田此举,看似奇思妙想,其实有用得很。真是实用之才!”

赵榛想了想道:“我亦觉得田教授说的有理。算术与物理看似不同,其实存在着千丝万缕的联系。就像勾三股四弦五之理,人们一直把它当成算学范畴的事。其实,在勾股弦上所承受的力道也遵循这一定理。”

朱大泰赵榛发话了,于是不好意思地鼓了鼓掌:“错怪田教授啦。我一粗人,听不懂就问。嘿嘿,莫怪莫怪啊。”

“哦?”田垚听赵榛说罢,有些惊奇地问,“勾股定理还有此应用?这倒是我从未想过的。闻所未闻。下次得验证一下。”

赵榛又问道:“那为何当中的柱子插不深,难以探到根部呢?”

“殿下,此道理与方才岸边的柱子是相通的。我推想,当中的柱子,前后左右都有柱子推挤。就像这乘方图,嗯……与乘方图略有不同。好像两个首尾颠倒的乘方图,叠加在一起。同一列算筹的廉数,存在正反两个数。这两个数相加之和……才是柱子承受的力道。等于说,这根柱子的位置上承受了两份力道。而折大人在安排人施工时,一直采取由两端向中间施工的法子。唔,此地与河西的土质不同,含水量大,土壤蓬松湿润。不似河西地界的土壤,板结坚硬。故等施工至中间位置时,此处土地承受着来自四面八方的力道。在多方挤压下,容易阻滞。此时,如果不是非常巨大的力道,根本穿插不进去。”

“哦,原来如此”,赵榛这才真正明白其中的道理,“照这么说,你是建议……”

“殿下,于是我建议厢兵营在施工时,改变立柱次序、减少柱子数量、拉大柱间距离。从近岸的地方开始埋柱。在原有基础上,拉开柱间距离。这样一来,岸边的柱子数量减少了,对外的力道减弱,便不容易崩裂。等近岸之处的柱子完工后,再一层层往后埋设。如此,整整埋了九层大柱,再无任何问题……”

“这么简单?”朱大泰又忍不住问道。表情极其不可思议。

“便如此简单!”

“知难行易、知易行难”,赵榛感叹道,“田教授此做法,看起来简单,其实非常不简单。可谓胆大细心。大胆假设、小心求证。田教授,你有成为科学大家……算学大家的潜力哟。”

田垚正在将算筹收到袋中。听到赵榛夸奖自己可以成为算学大家,顿时满脸笑容。不禁放下手中的算筹,踌躇满志道:“托殿下吉言。算学大家,正我心中所愿啊!只是不知道有无此福分啊。”

众人一起捧他:“一定有的。依田教授之天资与努力,早晚必成一代宗师。”

赵榛也宽慰道:“等我们到了襄阳,安定下来,将立即着手成立算学院。到时,便请田教授担任总教习。”又想到姐姐赵芙金的拜托,跟着补充一句:“当然,我这的账房先生还得兼着。”

田垚大喜,连着对众人拜谢不停。

赵榛乘机问了他,为何不进官学的算院。

宋徽宗时,在官学中专门设置了算学、医学以及画学三院。依田垚的才学,到算学院做个正牌的教授官绰绰有余。问下来,无外乎家财、势力这些不公平因素导致的。田垚家境一般,虽然祖居汴京,但是家中并没有出现什么显赫的人物。也没什么资财,乃普通家庭之人。田垚满腹所学,多是自学来的。按照现在的说法,便是大都市里的小市民。大城小民,无足轻重。好在他胜在勤奋上进。

饶是如此,赵榛心中对他如何与自己姐姐,堂堂大宋皇家帝姬产生感情瓜葛,生出一丝丝兴趣。这些天相处下来,赵榛已经暗暗决定,有意成全他俩。如果他与自己姐姐能够成就姻缘,也算人生逆袭。赵榛乐见其成。

掌舵的厢兵指挥适时沏上茶水,端来干果瓜仁。于是乎,众人品鉴茶水,嚼着籽儿,有说有笑。暖哄哄的船舱里,其乐融融,一派祥和。

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