刘徽与《九章算术》

刘徽与《九章算术》

刘徽(约225—295年)魏晋时代人,中国古代数学史上一位伟大的数学家。

刘徽的杰作《九章算术注》和《海岛算经》,是中国最宝贵的数学遗产。刘徽思想敏捷,方法灵活,既提倡推理又主张直观。他是中国最早明确主张用逻辑推理的方式来论证数学命题的人。

中国古代数学史书《九章算术》,全书有方田、粟米、衰分、少广、商功、均输、盈不足、方程、勾股共九章。以《九章算术》为代表的中国古代传统数学,与欧几里得《几何原本》为代表的西方数学,代表着中西方两种迥然不同的体系。《九章算术》着重应用和计算,其成果往往以算法形式表达;《几何原本》着重概念与推理,其成果以定理形式表达。从而形成东西辉映、大相径庭的两部数学名著。

刘徽在数学上的主要成就之一,是为《九章算术》做了注释,著成了《九章算术注》。刘徽的《九章算术注》整理了《九章算术》中的思想体系,旁征博引,纠正了其中某些错误,提高了《九章算术》的学术水平。他善于用文字讲清道理,用图形说明问题,便于读者学习理解掌握。而且在他的注释中提出了很多独到的见解。

刘徽创造了用“割圆术”来计算圆周率的方法,从而开创了我国数学发展中圆周率研究的新纪元,成为利用极限思想解决实际问题的典范。他从圆内接正六边形开始,计算边数不断增倍的圆内接正多边形面积。另一方面他构造一种“类齿轮盘”从圆外部逼近圆,一直算到圆内接正192边形面积,作为圆面积的近似值。刘徽用他自己的话说,就是:“割之弥细,所失弥少。割之又割,以至于不可割,则与圆合体,而无所失矣。”按照这种思想,于是得到圆周率的近似值为157/50≈3.14,这一数值被后人常称之为“徽率”,这在历史上是一项了不起的成就。以后他又算到圆内接正3072边形的面积,从而得到圆周率的近似值为3927/1250≈3.1416。刘徽的割圆术的创立并运用了极限思想,而且运用得相当自如,并由此奠定了此后千余年中国圆周率计算在世界上的领先地位。

刘徽还推广了陈子(公元前六七世纪的中国数学家)的测日法,撰写了《重差》和《九章重差图》。因其所论第一标题是测量海岛的高度和距离等问题,所以又名《海岛算经》。

刘徽主张重视逻辑推理(“析理以辞”)同时又注意几何直观的作用(“解体用图”)。刘徽是中国古典数学理论的奠基人之一,他的著作堪称中国传统数学理论的精华。他给我们中华民族留下了宝贵的财富。

后人有词赞曰:

玉女摇仙佩·刘徽与《九章算术》

《九章算术》,东方奇书,历代修订增补。魏晋刘徽,神州隐龙,呕心沥血作注。商功与均输。计算与应用,内容丰富。赢不足、见解独到,方程勾股经典评述。与《几何原本》,东西辉映,两部名著。

有限逼近无限,边数翻番,刘徽割圆有术。内外夹合,出神入化,圆周率创纪录。当惊“徽率”殊。极限观、运用巧妙自如。测量学、《海岛算经》,“析理以辞”,“解体用图”。重差术。高远深广开新路。