數學小故事之七——圓面積公式的歷程

2021-01-14 高速學數學

        古埃及萊因德紙草書上記載的圓面積計算公式是:

古希臘解決這個問題主要是通過「化圓為方」,公元前5世紀,安提豐首先採用了圓內接多邊形的方法來解決「化圓為方」的問題。

阿基米德最早給出圓面積的計算公式:圓面積等於一條直角邊長等於圓半徑、另一條直角邊長為圓周長的直角三角形面積。(如圖1)

漢代《九章算術》中已記載了正確的圓面積的計算公式(「圓田術」):「半周半徑相乘,得積步」,也就是說:圓面積等於半周乘半徑。

      劉徽對這個公式進行了推導:如圖2,圓內接正2n邊形的面積是由n個箏形組成的,而每個箏形經過分割,可以重新組成一個長為圓半徑、寬為正n邊形邊長之半的長方形。所以,圓內接正2n邊形的面積等於n個小長方形組成的大長方形的面積。劉徽依次從正六邊形、正十二邊形、正二十四邊形、正四十八邊形、正一百九十二邊形……推導,圓分割的越細,即n越大,大長方形的面積就越接近圓的面積。劉徽說:「割之彌細,所失彌少。割之又割,以至於不可割,則與圓周合體,而無所失矣。」

    可以用以下算式來表達:

考慮到學生的接受能力,現行教科書上未採用劉徽的方法,而是直接用小扇形來拼圖,圓分割的越細,則越接近真實的平行四邊形,從而得到公式。


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