世界史:劉徽創立用割圓術,計算圓周率,開創中國數學史的新紀元

2020-12-04 珍妮談歷史

百家原創作者:珍妮談歷史

哈嘍,新的一天開始了,大家今天隨著小編一起了解,在歷史上《九章算術》是中國最古老的數學經典著作,大致成書於公元1世紀。它的出現標誌著中國古代數學開始形成自己的體系,後世學者十分重視這本書,不少人為之作注。他們在注文往往記錄了自己獨到之見和新的發現,從而利用這種方式來推動中國古代數學的進步。而首先對《九章算術》注釋具有獨創性見解的數學家正是魏晉時期的一代數學宗師劉徽。我們繼續往下了解一下吧!

關於劉徽的籍貫、生平事跡和生卒年代由於缺乏史料而知之甚少。據有關資料可以推斷劉徽當是魏晉時人。他在《九章算術注·自序》中說:「徽幼習《九章》,長更詳覽,觀陰陽之割裂,總算術之根源,探賾之暇,遂悟其意。是以敢竭頑魯,採其所見為之作注。」又說,「輒造重差,並為註解,以究故人之意,綴於勾股之下」,表明了其寫作目的。《隋書·經籍志三》載:劉徽撰《九章算術》10卷、《九章重差圖》1卷。唐以後,《九章重差圖》失傳,《九章算術注·重差》1卷改名為《海島算經》,與其他9卷分為二書並行於世,流傳至今。

《九章算術注》對於中國歷代數學家而言,其重要意義絕不亞於《九章算術》本身,是我國最可寶貴的數學遺產。劉徽在《九章算術注》中反映出來的學術成就主要表現在兩個方面。首先,他系統地整理了各項解題方法,從而提高了《九章算術》的學術水平。更為重要的是,劉徽創立了許多新方法,開闢了數學發展的新道路。

進闕誤《九章算術》原書過於簡略,僅引出問題以及算法的法則,對於為何要採取如此的計算和算法正確與否缺少必要的說明。劉徽在其注文的自序中說「事類相推各有攸歸。故枝條雖分而同本千者,知發其一端而已,」這是數學研究中的至理名言。在實際操作中,他堅持「析理以詞,解體用圖」的思想總結整理了齊同術、今有術、圖驗法、棋驗法等解題方法。

其中,齊同術解了不同分母的分數相加減的計算問題;今有術解決了比例類型的計算問圖驗法主要是指用圖註解,達到「解體用圖,庶亦約而能周,通而不黷,覽之者思過半矣」的目的;棋驗法則是指用特製的立體模型來計算各種物體體積和開立方、開立圓等問題的數學方法。

劉徽在《九章算術注》中的創見主要包括關於圓周率與圓面積的計算圓錐體體積與球體體積的計算、十進分數表示平方根和立方根的近似值,以及以互乘相消法解多元方程等內容。其中最值得稱道的是創立割圓術求解圓周率。《九章算術》對圓面積的計算方法一律採取古法的「周三徑一」(圓周率為3),顯然誤差較大。在劉徽之前,東漢的張衡在《靈憲》一書中取用圓周率為730232(x=3.1466),比較接近真值,但他沒有從理論上論述這個數值從何而來。

劉徽在《九章算術·方田》章圓田術注中,創立了用割圓術計算圓周率的方法,開創了中國數學史中圓周率研究的新紀元。他首先肯定圓內接正多邊形的面積小於圓面積,但將邊數屢次加倍,從而面積增大,邊數愈多,正多邊形面積愈接近於圓面積,這實際是利用極限的概念來解決求圓周(即3.14),比張衡求出率的問題。劉徽算至正192邊形,求得圓周率為的數值更接近真值。以後,祖衝之計算出精確至小數點後第7位有效數字的圓周率,用的也是劉徽發明的割圓術。

在小編看來,劉徽治學嚴謹踏實,當他計算球體體積取得了階段性成果但又無力再推進一步時,便採取了存疑審慎的態度,他說:「欲陋形措意,懼失正理,敢不闕疑,以俟能言者?」正是具備這種科學精神劉徽才能夠糾正前人的錯誤,並且創立了許多新方法,成為一代數學巨匠。今天小編先和大家分享到這裡了,更多歷史趣聞,請繼續關注我哦!

以上圖片素材來源於網絡,侵權立刪!

相關焦點

  • 中國古代傑出的數學家劉徽
    今天為大家介紹中國古代傑出的數學家劉徽#​我要上頭條# #​我要上頭條# 點讚加關注,為你帶來更多精彩#​我要上頭條# 劉徽(生於公元250年左右),東漢三國後期魏國人,是中國古代傑出的數學家,也是中國古典數學理論的奠基者之一。其生卒年月、生平事跡,史書上很少記載。
  • 嶽麓書院講壇第350期:劉徽和祖衝之從未計算圓周率π——明清之際...
    講座將揭示劉徽和祖衝之所計算的周徑率及其與圓周率的不同性質,揭示徐光啟、利瑪竇等中算史家構建這一誤解的過程和動因及周徑率計算方法對人工智慧時代數學發展的價值,討論非主流文化研究本土知識的方法等問題。   嶽麓書院講壇第350期預告   主 題:劉徽和祖衝之從未計算圓周率π——明清之際西學東漸孕育的偉大誤解及其消除   時 間:2018年6月16日(周六)19:00—21:00   地 點:湖南大學嶽麓書院內中國書院博物館報告廳   主講人:鞠實兒(中山大學哲學系教授、教育部人文社會科學重點研究基地中山大學邏輯與認知研究所所長
  • 談談計算圓周率的外推算法
    中國古代數學家劉徽以割圓術計算圓周率.
  • 動漫科學:數學家劉徽
    數學家劉徽在圓周率研究上,他提出割圓術求圓周率方法。割圓術也為祖衝之提供了參考方法,劉徽得到的徽率是3.1416。中國從劉徽那時已經有數學極限了。海島算經是中國古代測量學的一個頂峰,不用三角函數用線段長度之比也能得到結果,為航海做出了巨大貢獻。後來,他提出牟合方蓋,輕鬆計算出球體積。祖衝之和阿基米德計算球體積的方法不同,阿基米德用的是浮力定律和卡瓦列裡原理綜合得出,祖衝之則利用劉徽提出的牟合方蓋模型計算。
  • 孩子必聽的數學家故事——劉徽
    劉徽是公元三世紀世界上最傑出的數學家,他所撰寫的著作《九章算術注》以及後來的《海島算經》,是我國最寶貴的數學遺產,這奠定了他在中國數學史上的不朽地位。《九章算術》約成書於東漢之初,在許多方面:如解聯立方程,分數四則運算,正負數運算,幾何圖形的體積面積計算等,都屬於世界先進之列。
  • 祖衝之如何算出圓周率?用編程還原計算過程,結果令人感嘆不已
    劉徽感覺哪裡不對,這樣計算誤差很大啊!如果用正24邊形代替正12邊形就會減少誤差,再在24邊形的基礎上繼續切割成48邊形、96邊形……就這樣他割出了圓內接正3072邊形!得到了π的近似值3.1416。割之彌細,所失彌少,割之又割,以至不可割,則與圓周合體,而無所失矣。
  • 祖衝之算圓周率時,算盤還沒被發明,他用了何種方法計算出的
    影射、不涉及任何政治世界上第一個將圓周率精確到七位的,就是我國祖衝之,直到一千年以後,阿拉伯數學家阿爾·卡西和法國數學家維葉特兩人才將圓周率後七位給算出來,證明了祖衝之算出的圓周率是正確的,在相同的時間裡,德國科學家將此稱之為安託尼茲率,但仍然別有用心的人說,這段歷史是中國偽造的,而且他們還舉出了種種例子。
  • 偽·從零開始學算法 - 2.3 求圓周率
    據說遠古時期的人們根據經驗以3作為圓周率的值(「徑一周三」),這個值至今也能夠用於一些對精度要求不高的場合(如手工做木桶)。但是,對於天體運行和面積測量等方面,3這個值未免太粗略。人們對於它的計算絕不僅限於此。古埃及、古巴比倫、古印度、古代中國的遺蹟中都能夠找到關於圓周率的較精確的值,它們都能夠達到3.1這個值。
  • 人類將圓周率算到了第幾位?你一定意想不到
    到了三世紀,我國數學家,劉徽創造性的提出了割圓術,通過割圓術的計算,劉徽將圓周率的精度提升到了一個新的高度,它通過計算,得出圓周率π的值約為3927/1250,約為3.1416。劉徽將圓周率精確到了小數點的後三位,而這個π值在當時世界上絕對處於領先地位,後人為了紀念劉徽,將其稱為徽率。
  • 趙爽和劉徽:中國古代數學理論體系的開端
    03和趙爽差不多同時期時還出了一個非常偉大的數學家——劉徽。劉徽是魏晉時期的數學家,雖然他比趙爽晚出生了四十幾年,但是他的成就在我國數學史,乃至世界數學史上都是舉世矚目的。在西方,古希臘人提出了「窮竭法」,而在中國,劉徽第一次把極限思想用於解決數學問題,用割圓術證明了圓面積的精確公式,並給出了計算圓周率的科學方法。
  • 3.1415926……圓周率你能背多少位?古代中國對圓周率的研究
    這是公元前人類能夠得到的最精確的圓周率。而類似的思想火花燁萌發在古代中國,這就是著名的割圓術。劉徽三國時代的後期,名仕們崇尚自然,超脫於世,江湖上充斥著思辨之風,這就是劉徽提出割圓術的時代。「割之彌細,所失彌少,割之又割,以致不可割,則與圓合體而無所失矣!"
  • 慶祝「圓周率日」別忘了他們——劉徽篇
    劉徽於三國魏景元四年(公元263年)為 《九章算術》做注,提出用割圓術計算圓周率的方法,計算出正192邊形的面積,得到圓周率的近似值為157/50 (即 3.14),在此基礎上又計算出正3072邊形的面積,得到近似值為3927/1250 (即 3.1416)。劉徽後撰《重差》、《魯史欹器圖》、《九章重差圖》,唐代失傳。名言:割之彌細,所失彌少,割之又割以至於不可割,則與圓合體而無所失矣。
  • 人類對圓周率的探索歷程
    在我國最早的幾部數學著作中,凡涉及到圓周率的時候,一概採用了「徑一周三」的方法,即認為圓的周長是直徑的3倍,相當於π等於3。這一圓周率的數值是非常粗糙的,後人遂將其稱為「古率」。公元3世紀時,我國數學家劉徽創造性地提出了「割圓術」,開啟了我國古代圓周率研究史上的一個新紀元。
  • 古代沒有計算機,祖衝之是怎樣把圓周率計算到小數點後七位的?
    其中一個比較重要的貢獻是,把圓周率精確到小數點後七位,確定了圓周率數值在3.1415926和3.1415927之間。直到1000年後,阿拉伯的一名數學家才打破了這個紀錄,把圓周率計算到了更多的位數。圓周率,是圓的周長和直徑的比值,是數學和物理學中經常使用的一個常數,是精確計算圓面積、圓周長、球體積等的關鍵值。
  • 割圓術——古代的一種極致的切割方法,我們每天都在用
    他叫劉徽。>割圓術「抽刀!」劉徽用割圓術,從直徑為2尺的圓內接正六邊形開始割圓,依次得正12邊形、正24邊形……,割得越細,正多邊形面積和圓面積之差越小。他一直算到圓內接正3072邊形時,得到了=3927/1250的值為3.1416。這是當時得到的最精確的取值。
  • 論算圓周率,中國從古至今就沒輸過,但這麼做有什麼意義?
    如果讓你列舉中國古代有名的文人,相信很多人張口就來「李白」、「杜甫」、「曹植」等。但如果要列舉中國古代有名的數學家,很多人只能想到祖衝之,因為他一生的成就中有一項是我們從小就接觸的,那就是關於圓周率的計算。
  • 圓周率的7大類計算方法:割圓術、連分數、分析法、概率法
    眾所周知,圓周率是圓周長與直徑的比值,而且是一個無理數,更進一步的說是一個超越數。由於計算的需要,古今中外的數學家從未停止對圓周率的計算,其中主要有7類方法:割圓術、分析法、沙-波法、橢圓積分法、概率法等。其中級數法、反正切方法屬於分析法。
  • 圓周率已達31.4萬億位,計算宇宙也只要40位,這樣做有實際意義嗎
    而中國古籍中一直都有一個關於圓周率的說法:「圓徑一而周三」,差不多也就表示了這個意思,將圓周率取值為3,在當時算法很簡單,暴力而又直接,測量圓周長再除以直徑,理論上這是完美的
  • 圓周率π已被計算到了31.4萬億位,繼續計算下去有何意義?
    說到圓周率π,相信大多數人想到的就是可以用來計算圓的周長和面積,是數學及物理學中存在的數學常數。通俗意義上來理解圓周率,它就是圓的周長與直徑的比值或者圓面積與半徑平方的比值。圓周率π作為一個無理數(無線不循環小數),在日常實際生活中,通常只用到近似值3.14進行計算,只有科學家們為了精確計算才會用到十位小數,甚至幾百位小數進行精確精算。在中國的古代,人們從實踐中就知道圓的周長是「圓徑一而周三有餘」,意思是說圓直徑的三倍多等於圓的周長,三倍多要多多少,成了一個非常難的研究課題。
  • 為什麼超級計算機還在「夜以繼日」的計算圓周率,吃飽了沒事幹?
    大家都知道,圓周率是圓的周長與直徑的比值,一般用希臘字母π表示,是一個在數學及物理學中普遍存在的數學常數。公元263年,我國的數學家劉徽就用「割圓術」求得圓周率大概是3.1416,後來我國古代著名數學家祖衝之進一步得出精確到小數點後7位的結果,這之後的八百年裡祖衝之計算出來的圓周率數值都是最準確的,這也是被認為我國的古代數學領先西方的重要標誌。