第九章 垛积招差 第一节 等差级数
人们很早就认识了等差级数。《九章算术》均输章有几个等差级数的例题。如“今有金箠长五尺,斩本一尺重四斤,斩末一尺重二斤。问次一尺各重几何?”《九章》用衰分术求解,刘徽则根据首项、末项、项数先求出公差:a1=4,a5=2,公差d=(a1-a5)/(5-1)=½。刘徽实际上已掌握了d=(an-a1)/(n-1)。此题为递减,公差应为d=-½。“九节竹”问也是一个等差级数问题。这些问题都未给出求和公式。盈不足章良驽二马问则更进了一步。在求良、驽二马15日所行里数时,使用了公式Sn=[a1+½(n-1)d]n,这是已知等差级数的首项a1,公差d,项数n,而求前n项和的公式。不过,描述上述公式的文字是《九章》术文还是刘徽注,学术界有不同意见,尚难定论。刘徽又把上述公式写成:Sn=a1n+½[1+(n-1)](n-1)d
这可以看作是上述公式的推导。
等差级数问题在《张丘建算经》中又得到多方面发展。卷上第22问:“今有女善织,日益功疾,初日织五尺。今一月,共织九匹三丈。问日益几何?术曰:置今织尺数,以一月日而一,所得倍之,又倍初日尺数减之,余为实。以一月日数,初一日减之,余为法,实如法得一。”设首项a1,项数n,前n项和Sn,则公差d=(2Sn/n-2a1)÷(n-1)。第23问:“今有女子不善织,日减功迟,初日织五尺,末日织一尺,今三十日织讫。问织几何?术曰:并初末日织尺数,半之,余,以乘织讫日数,即得。”设初日织a1,末日织an,此即前n项和公式Sn=½(a1+an)n。卷上第32问、卷中第1问都是已知首项a1,公差d及各项平均值m,求项数n=〔2(m-a1)+d〕÷d。卷下第36问是已知公差1,首项1,则n项和Sn=½n(n+1)。