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第232章 测量应用(1 / 1)

“就是这里。”林焱站定,用脚在地上划了个记号。然后他让方运用测绳仔细丈量了从乙点到丁点的距离(乙丁长度)。

“好了。”林焱拍拍手上的土,走到王启年身边,指着对岸的丙点,“王兄,你现在从甲点,沿着我木片上画线的方向,也就是甲丙方向,一直看过去,能对准那块褐色石头吗?”

王启年眯着眼比划了一下:“差不多……哎,好像偏一点点?”

“无妨,大致方向即可。”林焱点点头,然后对方运道,“方兄,丈量一下从甲点到乙点的距离。”

方运用测绳认真量过:“十八步半,约合两丈七尺余。”(假设一步约合一尺五寸)

林焱心中默算。此时,他构造了两个相似直角三角形:△ABC(A点竹竿底、B点竹竿底、C点对岸岩石)和△ABD(A点竹竿底、B点竹竿底、D点后退位置)。其中,AB是公共边,∠ABD是直角(他后退时用罗盘尽量保证了垂直),∠BAC与∠BAD是同一个角(视线方向)。根据相似三角形原理,河宽AC与后退距离BD的比值,等于AB与某个量的比值……实际上,更简便的是利用△ABC与△ABD的相似,对应边成比例:AC/AB = AB/BD?不,需要更准确的对应关系。他构思的测量方法,本质上是通过构造全等三角形或利用两次相似来间接求解,具体推导需要画图。

他索性蹲下,用炭笔在另一张纸上快速画出示意图,标出A、B、C、D四点,注明已知的AB、BD长度。根据他的操作,AD连线通过C点,且∠ABD是直角。若再能确定∠BAD与∠BAC相等(视线保证),则△ABD与△ABC相似?不完全是。他实际是利用了“同一视线方向”和“直角后退”构造了可解的条件。更准确地说,他此刻的方法近似于“三角高程测量”的平面简化版,但用古代工具和表述需要转化。

他略一沉吟,决定采用更直观的解释:“我们目下已知甲乙长两丈七尺,丙丁长……”他看向方运。

方运报出:“丙丁长三丈一尺。”

“好。”林焱用炭笔在纸上写写画画,“我们将河宽设为未知数‘广’。因我们从甲望丙,与从丁望丙,视线方向相同,故甲、丁、丙三点大致在一直线上。而甲乙垂直于乙丁。那么,在由甲、乙、丙三点构想的直角三角形中,甲乙是‘股’,河广甲丙是‘勾’?不,甲丙是斜边?需要明确模型……”他迅速修正思路,“其实可以视为两个相似直角三角形:小的是在地面上我们构建的△甲乙丁,大的是包含河宽的△甲?丙?或许用‘重差’思想更易说明:两次立表(甲、乙),后退得丁,利用比例……”

他不想在推导上耗费太多时间,直接给出结果:“根据勾股比例及相似形原理,可算得河宽约为五丈二尺。具体推演步骤,我稍后补入笔录。”

王启年听得云里雾里,只盯着林焱纸上那些点线三角符号发愣。陈景然却是目光专注地看着林焱的图示,眼中闪过明悟之色,缓缓点头:“妙。以地面可测之小三角形,推演河对岸不可至之大三角形。此法较之《海岛算经》所载,似乎更简捷少许,且无需渡河或在对岸立表。”

方运也露出钦佩神色:“林兄此法,构思巧妙。仅用两根竹竿、一条视线、一次后退丈量,便可得河宽。省时省力。”

这边动静吸引了附近几组学子的注意。赵夫子也踱步过来,看着林焱地上的图示和测量结果,圆脸上的笑意加深,细眼中闪着光:“哦?林焱,你这法子……说来听听,依据何典?”

林焱起身,恭敬道:“回夫子,学生此法,源于‘勾股容方’、‘相似相应’之理。学生在华亭时,曾见匠人用类似方法测屋宇进深,稍加变通用于测河宽。其实理与《九章》勾股章、刘徽重差之术相通,只是步骤略作简化。”他将自己如何利用视线构造相似三角形,如何通过地面可测边长推算河宽的过程,尽量用此时已有的数学语言解释了一遍。

赵夫子听罢,捋着并不存在的长须(他习惯性动作),连连点头:“善!善哉!不唯读死书,能活用之,且能简化古法,便于操作。心思灵巧,于算学一道,确有过人之处。”他看向林焱的目光满是赞许,又对周围聚过来的学子道,“尔等可都看明白了?算学之用,便在如此。林焱此法,尔等可借鉴,亦可自创他法,只要言之成理,测得准确便是。”

得了夫子肯定,林焱心中一定。接下来测山高,他思路更清晰。他选了一处能清晰看到山顶一棵孤松的位置。同样垂直插下一根竹竿(标杆),测量竹竿长度和其影长。同时,他目测估算出从立足点到山脚的水平距离(利用步测和罗盘方向保持直线)。然后在纸上构建相似三角形:竹竿与其影子构成小直角三角形,山高,加上测量点到山脚的水平落差与山体投影长度,测量点到山脚距离加上山脚到山顶垂足的水平距离,后者他通过山顶孤松与山脚连线的角度大致估算,构成大直角三角形。利用日影比例,很快估算出山高大致的数值范围。

这一次,他不仅用了相似三角,还下意识引入了简易的角度估算概念,虽未有量角器,但用“半直角”、“三分之一直角”等粗略描述。陈景然和方运在他解说下,勉强能跟上思路。王启年则是彻底放弃了理解,只忙着帮丈量影长和跑腿。