所譔缀术补草四卷,自序曰:“自泰西杜德美创立割圜九术,以屡乘屡除通方圜之率,我朝明氏、董氏各为之说,而杜书之义,推阐靡遗。顾八线互求,尚无通术,未足以尽一圜之变,非明氏、董氏之智力,不能因法立以尽其变也。其能穷杜氏之义也,资於借根方;其不能广杜氏之法也,亦限於借根方。盖借根方即天元一之变术,究不如元术之巧变莫测也。是书祖杜宗明,又旁参以董氏之法,八线相求,各立一式,因式立法,因法入算。乡之不可立算者,今皆能驭之以法,即有不能立法布算者,而其式存,则能济法之穷;而度圜诸线,一以贯之矣。推其立式之由,所谓比例术,即明氏定半径为一率,所有为二率或三率之法也。所谓还原术,即明氏弧背求正矢,又以正矢求弧背之法也。所谓借径术,即明氏借十分全弧通弦率数求百分全弧通弦率数,求千分全弧通弦率数诸法也。所谓商除法,又即还原术之变法。是故缀术胎于明氏,而又足以尽明氏之变。明氏之未立式者,以借根方取两等数,其分母、分子杂糅繁重,既不可通,其多号、少号,辗转互变,又不可约。试取明氏书驭之以缀术,其递降各率,顷刻可求。则是书也,其真能因法立法,别树帜於明、董之后者欤?书为徐君青先生所作,吴君子登成之,顾详於式而略於草。敬考其立法之原,不可遽得,学者难焉,潜因於暇日为补草四卷,因缀数语於简端云。”
又譔缀术释明二卷,湘乡曾纪鸿为之序,略曰:“易系云:‘极其数遂定天下之象。’则综天下难定之象以归有定,莫数若矣。在昔圣神,制器尚象,利物前民,於数理必有究极精微,范围后世者,代久年湮,渐至失传。近三百年,泰西犹能推阐古法,而中国才智之士,或反率其成辙。孔子曰:‘天子失官,学在四夷。’正今日数学之谓也。中国旧有弧矢算术,而未标角度八线钤表,则虽有用其理以入算者,而无表可检。则每求一数,必百倍其功,而所得数仍非密率。明代译出泰西八线表及八线对数表,覈其立法得数之原,甚属繁难,而成表之后,一劳永逸。大至无外,细及极微,莫不以此表测之,则其用之广大可想。然得表之后,虽无事於再求,而任举一数,无从较其讹误。若仍用旧术,则非币月经旬,不能得一数,此明静菴、董方立推演杜德美弧矢捷术之所以可贵也。向来求八线者,例用六宗、三耍、二简各法,若任言一弧,必不能考其弦矢诸数。至杜氏创立屡乘屡除之法,则但有弧径,而八线均可求。董方立解杜术,先取其线之极微者,令与与弧线合,而后用连比例以推至极大。又考诸率数与尖锥理相合,故用尖锥以释弧矢,而弧矢之数理以显。明静菴解杜术,先取四分弧与十分弧之通弦直线之极大者,用连比例以推至千分、万分弧通弦之极微者,考其乘除之率数,与杜术乘除之原理合,故用缀术以释弧矢,而弧矢之数理亦出。董、明二氏,均为弧矢不祧之宗,无庸轩轾。迩百年中继起者,如戴、徐、李三氏所著书,虽自出心裁,要皆奉董、明为师资也。吾友左君壬叟,於数学尤孜孜不倦,遇有疑难,必穷力追索,务洞澈其奥{穴交}。尝谓方员之理,乃天地自然之数,吾之宗中宗西,不必分畛域,直以为自得新法也可。曾释君青徐氏缀术,又释戴鄂士求表捷术,兹又释明静菴弧矢捷术,而一贯以天元寄分之式,於员率一道三致意焉,可谓勤矣。孰意天厄良才,壬叟竟於甲戌秋不永年而逝,凡在同人,无不叹惜!况余与之为两世神交,安能无怆切耶!”
曾纪鸿,字栗诚,大学士国藩少子。恩赏举人。早卒。纪鸿少年好学,与兄纪泽并精算术,尤神明於西人代数术。锐思勇进,创立新法,同辈多心折焉。谓大衍求一术亦可以代数推求,依题演之,理正相通,撰对数详解五卷,始明代数之理,为不知代数者开其先路。中言对数之理,末言对数之用,明作书之本意。其於常对、讷对,辨析分明。先求得各真数之讷对,复以对数根乘之,即为常对数。级数朗然,有条不紊,虽初学循序渐进,无不可相说以解焉。
夏鸾翔,字紫笙,钱塘人。以输饷议叙,得詹事府主簿。为项梅侣入室弟子。讲究曲线诸术,洞悉员出于方之理。汇通各法,推演以尽其变,譔洞方术图解二卷,自序略曰:“自杜氏术出,而求弦矢得捷径焉。顾犹烦乘除,演算终不易,思一可省乘除之法而迄未得。丁巳夏,客都门,细思连比例术者,尖堆底也。尖堆底之比例,与诸乘方之比例等。以之求连比例术,必合诸乘方积而并求之。设不得诸乘方积递差之故,方积何能并求?且并求方积而欲以加减代乘除,又必得诸较自然之数而后可,诚极难矣。既而悟曰,方积之递加,加以较也。较之递生,生於三角堆也。较加较而成积,亦较加较而成较。且诸乘方积之数与诸乘尖堆之数,数异而理同。三角堆起於三角形,故屡次增乘,皆增以三角。方积起於正方形,故累次增乘,皆增以正方。三角之较数,增一根则增一较;方积之较数,增一乘则增一较,理正同也。累次相较,较必有尽,惟其有尽,乃可入算。相连诸弦矢所以愈相较而较愈均者,正此理矣。诸较之理,皆起於天元一,而生於根差。递加根一,诸乘方根差皆一。一乘之数不变,故可省乘。若增其根差,非复单一,则乘不能省。弦矢弧背之差,或一秒,或十秒,即以一秒、十秒弧线当根差,按根递求,即可尽得诸乘方之较。以较加较,即尽得所求弦矢各数矣,岂不捷哉!爰演为求弦矢术,俾求表者得以加减代乘除。并细绎立术之义,以俟精於术数者采择。”
又譔致曲术一卷,曰平员,曰橢员,曰抛物线,曰双曲线,曰摆线,曰对数曲线,曰螺线,凡七类。类皆自定新术,参差并列,法密理精。复著致曲图解一卷,谓天为大员,天之赋物,莫不以员。顾员虽一名,形乃万类。循员一匝,而曲线生焉。西人以线所生之次数分为诸类,一次式为直线;二次式有平员、橢员、抛物线、双曲线四式;三次式有八十种;四次式有五千馀种;五次以上,殆难以数计矣。今但二次式四种,溯其本源,并附解诸乘方。抛物线形虽万殊,理实一贯。诸曲线式备具於员锥体,员锥者,二次曲线之母也。橢员利用聚,抛物线利用远,双曲线利用散,其理皆出於平员。苟会其通,则制器尚象,仰观俯察,为用无穷矣。今为一一解之,其目为诸曲线始於一点终於一点第一,诸式之心第二,准线第三,规线第四,横直二径第五,兑径亦名相属二径第六,两心差第七,法线切线第八,斜规线又名曲率径第九,纵横线式第十,诸式互为比例第十一,八线第十二。
又尝立捷术以开各乘方,不论益积、翻积,通为一术,俱为坦途,可径求平方根数十位,成少广縋凿一卷。
鸾翔同治三年卒。因方积之较而悟求求弦矢之术,骎骎乎驾西人而上之,然微分所弃之常数,犹方积之方与隅也。所求之变数,犹两廉递加之较也。其术施之曲线,无所不通,鸾翔犹待逐类立术,是则不能不让西人以独步。然西法开方,自三次式以上,皆枝枝节节为之,不及中法之一贯。鸾翔又於中法外独创捷术,非西人所能望其项背云。
邹伯奇,字特夫,南海诸生。聪敏绝世,覃思声音文字度数之源。尤精天文历算,能薈萃中、西之说而贯通之,静极生明,多具神解。尝作春秋经传日月考,谓:“昔人考春秋者多矣,类以经、传日月求之,未能精确。今以时宪术上推二百四十二年之朔闰及食限,然后以经、传所书,质其合否,乃知有经误、传误及术误之分。”又谓:“尚书克殷年月,郑玄据乾凿度,以入戊午蔀四十二年克殷,下至春秋,凡三百四十八年。刘歆三统术以为积四百年,近人钱塘李锐皆主其说。今以时宪术上推,且以岁星验之,始知郑是刘非。”其解孟子“由周而来,七百有馀岁”句,谓阎百诗孟子生卒年月考据大事记及通鉴纲目,以孟子致为臣而归在周赧王元年丁未,逆数至武王有天下,岁在己卯,当得八百有九年。然周共和以上年数,史迁已不能纪,可考者鲁世家耳,此为刘歆历谱所据。然将歆谱与史记比对,歆於炀公、献公等年分多所加,共计五十二。若减其所加,则歆所谓八百有九年者,实七百五十七年耳。
又谓向来注经者,於算学不尽精通,故解三礼制度多疏失,因作深衣考,以订江永之谬。作戈戟考,以指程瑶田之疏。以文选景福殿赋“阳马承阿”证古宫室阿栋之制。以体积论樐氏为量,以重心论悬磬之形,皆绘图立说,援引详明。
又尝谓群经注疏引算术未能简要,甄鸾五经算术既多疏略,王伯厚六经天文篇博引传注,亦无辨证。因即经义中有关於天文、算术,为先儒所未发,或发而未阐明者,随时录出,成学计一得二卷。
天象著甲寅恒星表、赤道星图、黄道星图各一卷,自序略曰:“甲寅春,制浑球,以考证经史恒星出没历代岁差之故。然制器必先绘图,绘图必先立表,此恒星表之所由作也。史、汉、晋、隋诸志,於恒星但言部位,至唐、宋始略有去极度数,盖旧传新图,大抵据步天歌意想为之,与天象不符。国朝康熙初,南怀仁作灵台仪象志,然后黄、赤经、纬各列为表。乾隆九年,增修仪象考成,补正缺误。道光甲辰,再加考测,为仪象考成续编,入表正座一千四百四十九星,外增一千七百九十一星,洵为明备。今逾十载,岁渐有差,故复据现时推测立表,庶绘图制器密合天行也。”
又谓:“绘地难於算天,天文可坐而推,地理必须亲历。近人不知古法,故疏舛失实。因考求地理沿革,为历代地图,以补史书地志之缺。”
又手摹皇舆全图,自序略曰:“地图以天度画方,至当不易。地球经纬相交皆正角,而世传舆图,至边地竟成斜方形,殊失绘图原理,其蔽在以纬度为直线也。昔尝为小总图,依浑盖仪,用半度切线,以显迹象。然州县不备,且内密外疏,容与实数不符,故复为此图。其格纬度无盈缩,而经度渐狭,相视皆为半径与馀弦之比例。横九幅,纵十一幅,合成地球滂沱四颓之形,欲使所绘之图与地相肖也。
又变西人之旧,作地球正变两面全图,其序略曰:“地形浑员,上应天度,经纬皆为员线。作图者绘浑於平,须用法调剂,方不失其形似。然视法有三,其一在员外视员,法用正弦,则经圈为橢员,纬圈为直线,其形中广旁狭,作简平仪用之。其一在员心视员,法用正切,则经圈为直线,纬圈为弧线,其形中曲旁杀,内密外疏,作日晷用之。斯二者,线无定式,量算繁难。且经纬相交,不成正角。其边际或太促褊,或太展长,以画地球,既昧方斜本形,复失修广实数,所不取也。其一在员周视员,法用半切线,经纬圈皆为平员,虽亦内密外疏,而各能自相比例,西人以此作浑盖仪,最为理精法密。今本之为地球图,分正背两面。正面以京师为中线,其背面之中,即为京师对冲之处,尊首都也。旁分二十四向,审中土与各国彼此之势,定准望也。经纬俱以十度为一格,设分率也。”
因推演其法,著测量备要四卷,分备物致用、按度考数二题。备物致用其目四:一丈量器,曰插标、曰线架、曰指南尺、曰曲尺、曰丈竹、曰竹筹、曰皮活尺、曰蕃纸簿、曰铅笔;二测望仪,曰指南分率尺、曰立望表、曰三脚架、曰矩尺、曰地平经仪、曰平水准、曰纪限仪、曰回光环、曰折照玻璃屋、曰千里镜、曰象限仪、曰秒分时辰标、曰行海时辰标、曰析分大日晷、日风雨针、曰寒暑针;三检覈书,曰志书、曰地图、曰星表、曰星图、曰度算版、曰对数尺、曰八线表、曰八线对数表、曰十进对数表,曰现年行海通书、曰清蒙气差表、曰太阳纬度表、曰日晷时差表、曰句陈四游表、曰大星经纬表、曰对数较表、曰对数较差表;四画图具,曰大小幅纸、曰砚、曰墨、曰朱、曰颜色料、曰笔、曰五色铅笔、曰笔壳、曰指南分率矩尺、曰长短界尺、曰平行尺、曰分微尺、曰机翦、曰交连比例规、曰玻璃片、曰橡皮。
按度考数其目四:一明数,曰尺度考、曰亩法、曰里法、曰方向法、曰经纬里数;二步量,曰量田计积、曰步地远近、曰记方向曲折、曰认山形、曰准望所见;三测算,曰测量方向远近法、曰测地纬度法、曰论平阳大海地平界角、曰测地经度法、曰经纬方向里数互求法;四布图,曰正纸幅、曰定分率、曰缩展、曰识别设色。
又因修改对数表之根求析小术,是开极多乘方法,可径求自然对数,即讷对数,以十进对数根乘之即得十进对数,著乘方捷术三卷。
又创对数尺,盖因西人对数表而变通其用,画数於两尺,相并而伸缩之,使原有两数相对,而今有数即对所求数。一曰形制,二曰界画,三曰致用,四曰诸善,五曰图式,为记一卷。