“出入相補(bǔ)”四個(gè)字最早出現(xiàn)在三國(guó)時(shí)期魏國(guó)數(shù)學(xué)家劉徽的《九章算術(shù)注》一書中。劉徽在書中提及:半廣者,以盈補(bǔ)虛為直田也,亦可半正從以乘廣,按半廣乘從,以取中平之?dāng)?shù),故廣從相乘為積步。
這里的“廣”指的是三角形的底邊,“正從”指的是高?!鞍霃V者,以盈補(bǔ)虛為直田也”指的是過(guò)三角形兩邊中點(diǎn)做底邊垂線,可將三角形割補(bǔ)成矩形(即直田),如圖1所示?!耙嗫砂胝龔囊猿藦V”則是另一種辦法:取高的一半,同樣可以割補(bǔ)成矩形,如圖2所示?!鞍窗霃V乘從,以取中平之?dāng)?shù),故廣從相乘為積步”,就是說(shuō)根據(jù)這個(gè)圖形可得三角形的面積為底乘高的一半!劉徽就這樣推導(dǎo)出了三角形的面積公式,而這種方法就是“出入相補(bǔ)”之術(shù),即割補(bǔ)法。這個(gè)方法的精彩之處在于把三角形的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成四邊形來(lái)解決。
清代數(shù)學(xué)家李銳借助三個(gè)正方形,用“出入相補(bǔ)”的方法證明了勾股定理。如圖3所示,將△AFD移到△JGH處,將△FBM移到△DEN處,將△HIN移到△GJM處。這樣,兩個(gè)小正方形的面積之和就等于大正方形的面積,由此可證明勾股定理。
“出入相補(bǔ)”在平面幾何中有著廣泛的應(yīng)用。我國(guó)數(shù)學(xué)家吳文俊院士通過(guò)研究,揭示了中國(guó)古代數(shù)學(xué)家在“出入相補(bǔ)”原理的引導(dǎo)下,將幾何問(wèn)題轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程求解的規(guī)律,從而發(fā)現(xiàn)了中國(guó)傳統(tǒng)數(shù)學(xué)中“幾何代數(shù)化”這一更為本質(zhì)的特征,與希臘演繹幾何形成鮮明的對(duì)照。
(作者單位:江蘇省南京市鐘英中學(xué))