刘徽:割圆术与《九章算术》注
刘徽以割圆术求π=3.1416,并为《九章算术》补入极限与推理。
背景
刘徽是三国曹魏时人,公元 263 年为《九章算术》作注。他不仅校正讹误、补出推导,更引入极限思想,使中国古典数学由”术”(算法)上升到有据可依的”理”,被后世誉为”中国数学史上最杰出的理论家”。
详细描述
最著名的是割圆术:从圆内接正六边形起,不断倍增边数,“割之弥细,所失弥少,割之又割,以至于不可割,则与圆周合体而无所失矣”。他从正六边形割到正 192 边形,得圆周率近似值 (徽率);又用巧妙的加权平均把精度提高到
这已精确到小数点后四位。
在体积方面,刘徽用”棋验”与”割补”探讨立体,提出以截面积关系推导体积的刘徽原理( akin 于后来的卡瓦列里原理),并正确指出《九章算术》中阳马、鳖臑体积公式的推导路径,纠正了球体积算法的缺陷(球体积精确公式后由其弟子祖暅完成)。
重差术与《海岛算经》
刘徽还创立重差术——用两次(或多重)测量之差求不可直达之高深,并据此写成《海岛算经》,专讲”望海岛""望松""望谷”等测量远处目标高度、距离的应用题,是古代测量数学的典范(另有专条)。他由此奠定了中国”测望之学”的理论基础,与古希腊的相似三角形测量遥相呼应。
求解过程 / 影响
刘徽的贡献在于为中国数学补上了极限与无穷小的自觉,使圆周率计算有了严格理论基础。他的注本成为后世《九章算术》的标准版本,直接哺育了祖冲之(见相关里程碑)。其”以直代曲、无限逼近”的思想,与希腊穷竭法东西辉映,是微积分前史中的关键一环。