你不知道的事:中国古代数学之勾股定理的由来

在我们初中平面几何课本里,有一条由中国古人创建的数学定理,记载于古代算学典籍《周髀算经》中,这就是“勾股定理”。其内容是,如果一个直角三角形一直角边“勾”为3,另一直角边“股”为4,那么斜边“弦”必然为5。这条金子一般的定理赫然出现在课本中,让我们对中国古代先哲的智慧赞叹不已,但也留下一个疑问:里面说的勾、股、弦的名称是怎么来的?到底指什么呢?

《周髀算经》中提到的“勾三股四弦五”,是商末周初时,周公在向商高求教数学问题的时候,商高提出来的。商高很可能是商王朝掌握算学知识的贤人,周公是周武王的弟弟。周灭商前后,商的各类职官纷纷投奔于周,周公“一沐三捉发”,经常去会见投奔来的贤人,其中就有商高。商高所说的勾、股、弦到底是指什么,这要看当时人们常见的哪种器物呈现近似直角三角形?就是石磬!

商代特磬

我们现在常见的东周时期的编磬大致呈曲尺形,但商代甚至更早的时候,并没有周代多枚石磬编组而成的编磬,而是用一枚石磬演奏,称“特磬”。商代的石磬其底边平直,整体接近直角三角形,在石磬靠近直角处还有一圆孔,用于悬挂击打。《考工记》说:“矩之直者为倨,折而衡者为句,磬有倨句”,这里“句”通“勾”,磬的短边为倨句,像一个躬身作揖的人上身弯曲,如同佝偻,所以称“句”或“勾”;磬的长边为股,像这个作揖的人直立的长腿,“股”在古汉语里就是大腿的意思;而至于“弦”正是石磬敲击的部位,也是发出如同琴瑟般弦音的部位,所以称“弦”。

商高之所以用石磬比拟直角三角形,不光是由于石磬形似直角三角形,而且还有可能因为他本身就是商王朝掌礼乐的官。商高之名可能即《史记·殷本纪》所提到的“商容”,“高”与“容”在古文字中形近,所以《周髀算经》可能在传抄转写过程中将“商容”错写成“商高”。而商容恰恰是商王朝当时掌礼乐的官,他熟悉精通各类乐器,其中当然包括石磬了。而乐理尤其是乐律方面的知识有很多又跟数学息息相关。商容在商朝灭亡后,拒绝担任周的三公,于是武王在他住的闾巷予以旌表。周公对商容这样的君子贤人十分钦佩,自然会向其讨教有关乐律、算学方面的知识。而勾股定理就应是商末乐官商高(容)在他调制他所熟悉的乐器石磬时,总结出来的几何原理,并由他把这个定理知识传给周公,周人于是将其记录下来,并流传至今。

周代呈曲尺形的编磬

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