这段话翻译成白话文,就是说刘宋大明5年10月10日这天测量的影长为10.775尺,11月25日影长为10.8175尺(“太”是古代的一个计数符号,是最小单位的3/4),26日影长为10.7508尺(“强”也是古代的一个计数符号,是最小单位的1/12) 。那么,现在求冬至点的准确时刻 。
我们不翻译祖冲之的原文了,而现代数学语言进行说明 。首先,我们知道冬至是在10月10日到11月25日之间的(你问怎么知道的,按照几百上千你的测量经验知道的),而且,我们可以做这样的假设:冬至点前后的影长变化是对称的(也就是冬至点前一刻和后一刻影长相等) 。
那么,现在就可以进行数据处理了 。做这样一个图,横轴是时间,纵轴是影长 。设A点为10月10日,其影长为a(a=10.775),B点是11月25日,影长为b(b=10.8175),C点是11月26日,影长为c(c=10.7508) 。
冬至点必然在AB之间,咱们假设是E点,在这一时刻,影长最长 。D点为AB的中点(因为A是10月10日,B是11月25日,则D点可知,为11月3日0刻)现在要求E点,则我们只需要算出DE长度就行了 。
因为b>c,所以在B、C之间,必然有一个A的对称点A1,其影长a1=a 。
DE=AE-AD (1)
AE=(AB+BA1)/2 (2)
AD=AB/2 (3)
【历法知识:古人是怎么算出来一年有365天的?】将(2)、(3)式代入(1)式,得DE=BA1/2 (4)
根据三角形相似性原理,(b-a1)/(b-c)=BA1/BC
所以,BA1=(b-a1)·BC/(b-c)
因为BC为25日至26日,即1昼夜时长,而1昼夜即为100刻(古代百刻制计时,一昼夜为100刻),
因此BA1=100(b-a)/(b-c)
将其代入(4)式,得
DE=50×(b-a)/(b-c)
所以,DE=50×(10.8175-10.775)/(10.8175-10.7508)=31(刻)
也就是说,大明5年的冬至点是在11月3日子时31刻 。
祖冲之发明的这个算法,成为了以后中国人求冬至点的经典算法,郭守敬也是采用这个算法 。郭守敬经过自己的测量,同时采用了自祖冲之以来,他认为最精确的6个冬至点的数据,最后得出了回归年为365.2425天的结论 。
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