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五曰三邊求角,以大邊為底,中、小二邊相併相減,兩數相乘,大邊除之,得數與大邊相加折半為分底大邊,相減餘折半為分底小邊。乃以中邊為一率,分底大邊為二率,半徑為三率,求得四率,為對小邊角餘弦。或以小邊為一率,分底小邊為二率,半徑為三率,求得四率,為對中邊角餘弦。此其理在勾股弦冪相求及兩方冪相較。如圖甲丙中邊、甲乙小邊皆為弦,乙丙大邊由丁分之,丁丙、丁乙皆為勾,中垂綫甲丁為股。勾股冪相併恆為弦冪,今甲丁股既兩形所同,則甲丙大弦冪多於甲乙小弦冪,即同丙丁大勾冪多於乙丁小勾冪。又兩方冪相較,恆如兩方根和較相乘之數。如圖戊寅壬庚為大方冪,減去己卯辛庚小方冪,餘戊己卯辛壬寅曲矩形。移卯癸壬辛為癸寅醜子,成一直方形,其長戊醜,自為大方根戊寅、小方根卯辛之和;其闊戊己,自為大方根戊庚、小方根己庚之較。故甲乙丙形,甲丙、甲乙相加為和,相減為較。兩數相乘,即如丙丁、丁乙和較相乘之數。丙乙除之,自得其較。丙午相加相減各折半,自得丙丁及乙丁,既得丙丁、乙丁,各以丙甲、乙甲為半徑之比,丙丁、乙丁自為餘弦之比矣。
此五術者,有四不待算,一不可算。對邊求對角,令所知兩邊相等,則所求角與所知角必相等。對角求對邊,令所知兩角相等,則所求邊與所知邊必相等。兩邊夾一角,令所知兩邊相等,則所求二角必正得所知外角之半。三邊求角,令二邊相等,即分不等者之半為底邊;三邊相等,即平分半周三角皆六十度,皆不待算也。若對邊求對角,所知一邊數少,對所知一角鋭;又所知一邊數多,求所對之角,不能知其為鋭、為鈍,是不可算也。諸題求邊角未盡者,互按得之。
弧三角形者,三圓周相遇而成,其邊亦以度計。九十度為足,少於九十度為小,過九十度為大。其角鋭、鈍、正與平三角等。算術有七:
一曰對邊求對角,以所知邊正弦為一率,對角正弦為二率,所知又一邊正弦為三率,求得四率,為所求對角正弦。此其理亦系兩次比例省為一次。如圖甲乙丙形,知甲乙、丙乙二邊及丙角,求甲角。作乙辛垂弧,半徑與丙角正弦之比,同於乙丙正弦與乙辛正弦之比。法當以半徑為一率,丙角正弦為二率,乙丙正弦為三率,求得四率,為乙辛正弦。既得乙辛正弦,甲乙正弦與乙辛正弦之比,同於半徑與甲角正弦之比。乃以甲乙正弦為一率,乙辛正弦為二率,半徑為三率,求得四率,為甲角正弦。然乘除相報,可省省之。
二曰對角求對邊,以所知角正弦為一率,對邊正弦為二率,所知又一角正弦為三率,求得四率,為所求對邊正弦。此其理反觀自明。
三曰兩邊夾一角,或鋭或鈍,求不知之一邊。以半徑為一率,所知角餘弦為二率,任以所知一邊正切為三率,求得四率,命為正切。對錶得度,與所知又一邊相減,餘為分邊。乃以前得度餘弦為一率,先用邊餘弦為二率,分邊餘弦為三率,求得四率,為不知之邊餘弦。原角鈍,分邊大,此邊小;分邊小,此邊大。原角鋭,分邊小,此邊小;分邊大,此邊大。此其理系三次比例省為二次。如圖甲丙丁形,知甲丙、甲丁二邊及甲角,中作垂弧丙乙,半徑與甲角餘弦之比,同於甲丙正切與甲乙正切之比。先一算為易明。既分甲丁於乙,而得丁乙分邊,甲乙餘弦與半徑之比,同於甲丙餘弦與丙乙餘弦之比。法當先以甲乙餘弦為一率,半徑為二率,甲丙餘弦為三率,求得四率,為丙乙餘弦。既得丙乙餘弦,半徑與乙丁餘弦之比,同於丙乙餘弦與丁丙餘弦之比。乃以半徑為一率,乙丁餘弦為二率,丙乙餘弦為三率,求得四率,為丁丙餘弦。然而乘除相報,故從省。兩邊夾一角若正,則徑以所知兩邊餘弦相乘半徑除之,即得不知邊之餘弦,理自明也。所知兩邊俱大俱小,此邊小;所知兩邊一小一大,此邊大。
四曰兩角夾一邊,求不知之一角。以角為邊,以邊為角,反求之;得度,反取之;求、取皆與半周相減。
五曰所知兩邊對所知兩角,或鋭、或鈍,求不知之邊角。以半徑為一率,任以所知一角之餘弦為二率,對所知又一角之邊正切為三率,求得四率,命為正切,對錶得度。復以所知又一角、一邊如法求之,復得度。視原所知兩角鋭、鈍相同,則兩得度相加;不同,則兩得度相減;皆加減為不知之邊。乃按第一術對邊求對角,即得不知之角。原又一角鈍,對先用角之邊大於後得度,此角鈍;對先用角之邊小於後得度,此角鋭。原又一角鋭,對先用角之邊小於後得度,此角鈍;對先用角之邊大於後得度,此角鋭。此其理系垂弧在形內與在形外之不同,及角分鋭鈍,邊殊大小,前後左右俯仰向背之相應。如圖甲乙丙形,甲乙二角俱鋭,兩鋭相向,故垂弧丙丁,從中取正,而在形內。己丙庚形,己庚二角俱鈍,兩鈍相向,故垂弧戊丙亦在形內。庚丙乙形,庚乙兩角,一鋭一鈍相違,垂弧丙丁,從外補正,自在形外。在形內者判底邊為二,兩得分邊之度,如乙丁、丁甲,合而成一底邊如乙甲,故宜相加。在形外者,引底邊之餘,兩得分邊之度,如庚丁、乙丁,重而不揜,底邊如庚乙,故宜相減。鋭鈍大小之相應,亦如右圖審之。所知兩邊對所知兩角有一正,則一得度即為不知之邊,理亦自明。
六曰三邊求角,以所求角旁兩邊正弦相乘為一率,半逕自乘為二率,兩邊相減餘為較弧,取其正矢與對邊之正矢相減餘為三率,求得四率,為所求角正矢。此其理在兩次比例省為一次。如圖甲壬乙形,求甲角,其正矢為醜丁。法當以甲乙邊正弦乙丙為一率,半徑乙己為二率,兩邊較弧正矢乙癸與對邊正矢乙卯相減餘癸卯同辛子為三率,求得四率為壬辛。乃以甲壬邊正弦戊辛為一率,壬辛為二率,半徑己丁為三率,求得四率為醜丁。甲角正矢亦以乘除相報,故從省焉。
七曰三角或鋭、或鈍求邊,以角為邊,反求其角;既得角,復取為邊;求、取皆與半周相減。此其理在次形,如圖甲乙丙形,甲角之度為丁戊,與半周相減為戊己,其度必同於次形子辛午之子辛邊,蓋醜卯為乙之角度醜點之交,甲乙弧必為正角,丁戊為甲之角度戊點之交,甲乙弧亦必為正角。以一甲乙而交醜辛、戊辛二弧皆成正角,則二弧必皆九十度,弧三角之勢如此也。戊辛既九十度,子己亦九十度,去相覆之戊子,己戊自同子辛,於是庚癸必同子午,卯未必同午辛,理皆如是矣。而此形之餘角既皆為彼形之邊,彼形餘角不得不為此形之邊,故反取之而得焉。若三角有一正,除正角外,以一角之正弦為一率,又一角之餘弦為二率,半徑為三率,求得四率,為對又一角之邊餘弦。此其理亦系次形,而以正角及一角為次形之角,以又一角加減象限為次形對角之邊,取象稍異。
凡茲七術,惟邊角相求,有鋭鈍、大小不能定者,然推步無其題,不備列。此七題中求邊角有未盡者,互按得之。
橢圓形者,兩端徑長、兩腰徑短之圓面。然必其應規,乃可推算。作之之術,任以兩點各為心,一點為界,各用一針釘之,圍以絲線,末以鉛筆代為界之。針引而旋轉,即成橢圓形。如圖甲己午三點,如法作之,為醜午巳未橢圓,寅醜、寅巳為大半徑,寅午、寅未為小半徑,寅甲為兩心差,己甲為倍兩心差。甲午數如寅巳,亦同寅醜,己午如之;二數相和,恆與醜巳同。令午針引至申,甲申、申己長短雖殊,共數不易。甲午同大半徑之數如弦,兩心差如勾,小半徑如股,但知兩數,即可以勾股術得不知之一數。若求面積,以平方面率四
00000000為一率,平圓面率三一四一五九二六五為二率,大小徑相乘成長方面為三率,求得四率為橢圓面積。若求中率半徑,大小半徑相乘,平方開之即得。然自甲心出線,離醜右旋,如圖至戌,甲醜、甲戌之間,有所割之面積,亦有所當之角度。
角積相求,爰有四術: