《九章算術》提出圓麵積公式:“術曰:半周半徑相乘得積步。”劉徽使用極限思想和無窮小分割方法證明這個公式。他首先從圓內接正6邊形開始割圓,逐步得到正12、24、48……邊形。圓內接正多邊形的麵積當然都小於圓麵積,但無限分割下去,到“不可割”的時候,圓內接正多邊形就與圓完全“合體”。然後,劉徽說:“以一麵乘半徑,觚而裁之,每輒自倍。
故以半周乘半徑而為圓冪。”這是說,將與圓合體的正無窮多邊形分割成以圓心為頂點,構成每邊為底的無窮多個小等腰三角形,這些小等腰三角形的高與其底的乘積是其麵積的2倍,將它們全部相加就是2個圓麵積。而所有這些小等腰三角形的底邊之和即是圓的周長,那麼,一個圓的麵積就是圓周長的一半乘半徑。這便證明了《九章算術》的圓麵積公式。
劉徽說《九章算術》公式中的周、徑,“謂至然之數”,這就是圓周率。劉徽仍從直徑為2尺的圓的內接正6邊形開始割圓,利用勾股定理,計算出各多邊形的邊長以及正192邊形的麵積的整數部分314寸2分作為圓麵積的近似值,代入剛剛證明了的圓麵積公式,反求出圓周長的近似值6尺2寸8分。“令徑二尺與周六尺二寸八分相約,周得一百五十七,徑得五十”,相當於3.14。
劉徽原理
近代數學大師高斯曾提出一個猜想:多麵體體積的解決不借助於無窮小分割是不是不可能的?這一猜想構成了著名的希爾伯特《數學問題》(1900)第三問題的基礎。實際上,早在高斯前1500多年,劉徽在證明劉徽原理時,就接觸了高斯猜想和希爾伯特第三問題。
原來,中國古代在多麵體分割中,一個長方體沿相對兩棱剖開,得到兩個楔形體,叫作塹堵。一個塹堵從一個頂點到底麵一邊剖開,得到一個錐體,其高的垂足在底麵的一角上,叫作陽馬;剩下的是四麵皆為勾股形的四麵體,叫作鱉!。為了證明《九章算術》的陽馬和鱉!的體積公式,劉徽提出了一個重要原理:“邪解塹堵,其一為陽馬,一為鱉!。陽馬居二,鱉!居一,不易之率也。”劉徽使用極限思想和無窮小分割方法證明了這個原理。
劉徽原理是其多麵體體積理論的基礎,表明劉徽把多麵體體積理論建立在無窮小分割基礎上的思想,與現代數學的體積理論驚人地一致。
學術界的主流看法是中國傳統數學沒有理論,主要是指沒有演繹推理。事實上,隻要讀懂劉徽注就會發現,他在數學命題的證明中主要使用了演繹推理,其中有三段論、關係推理、假言推理、選言推理、聯言推理、二難推理等演繹邏輯中最重要的推理形式。比如盈不足術劉徽注雲:“注雲若兩設有分者,齊其子,同其母。此問兩設俱見零分,故齊其子,同其母。”這個推理完全符合三段論第一格的AAA式的規則。
《九章算術》提出圓麵積公式:“術曰:半周半徑相乘得積步。”劉徽使用極限思想和無窮小分割方法證明這個公式。他首先從圓內接正6邊形開始割圓,逐步得到正12、24、48……邊形。圓內接正多邊形的麵積當然都小於圓麵積,但無限分割下去,到“不可割”的時候,圓內接正多邊形就與圓完全“合體”。然後,劉徽說:“以一麵乘半徑,觚而裁之,每輒自倍。
故以半周乘半徑而為圓冪。”這是說,將與圓合體的正無窮多邊形分割成以圓心為頂點,構成每邊為底的無窮多個小等腰三角形,這些小等腰三角形的高與其底的乘積是其麵積的2倍,將它們全部相加就是2個圓麵積。而所有這些小等腰三角形的底邊之和即是圓的周長,那麼,一個圓的麵積就是圓周長的一半乘半徑。這便證明了《九章算術》的圓麵積公式。
劉徽說《九章算術》公式中的周、徑,“謂至然之數”,這就是圓周率。劉徽仍從直徑為2尺的圓的內接正6邊形開始割圓,利用勾股定理,計算出各多邊形的邊長以及正192邊形的麵積的整數部分314寸2分作為圓麵積的近似值,代入剛剛證明了的圓麵積公式,反求出圓周長的近似值6尺2寸8分。“令徑二尺與周六尺二寸八分相約,周得一百五十七,徑得五十”,相當於3.14。
劉徽原理
近代數學大師高斯曾提出一個猜想:多麵體體積的解決不借助於無窮小分割是不是不可能的?這一猜想構成了著名的希爾伯特《數學問題》(1900)第三問題的基礎。實際上,早在高斯前1500多年,劉徽在證明劉徽原理時,就接觸了高斯猜想和希爾伯特第三問題。
原來,中國古代在多麵體分割中,一個長方體沿相對兩棱剖開,得到兩個楔形體,叫作塹堵。一個塹堵從一個頂點到底麵一邊剖開,得到一個錐體,其高的垂足在底麵的一角上,叫作陽馬;剩下的是四麵皆為勾股形的四麵體,叫作鱉!。為了證明《九章算術》的陽馬和鱉!的體積公式,劉徽提出了一個重要原理:“邪解塹堵,其一為陽馬,一為鱉!。陽馬居二,鱉!居一,不易之率也。”劉徽使用極限思想和無窮小分割方法證明了這個原理。
劉徽原理是其多麵體體積理論的基礎,表明劉徽把多麵體體積理論建立在無窮小分割基礎上的思想,與現代數學的體積理論驚人地一致。
學術界的主流看法是中國傳統數學沒有理論,主要是指沒有演繹推理。事實上,隻要讀懂劉徽注就會發現,他在數學命題的證明中主要使用了演繹推理,其中有三段論、關係推理、假言推理、選言推理、聯言推理、二難推理等演繹邏輯中最重要的推理形式。比如盈不足術劉徽注雲:“注雲若兩設有分者,齊其子,同其母。此問兩設俱見零分,故齊其子,同其母。”這個推理完全符合三段論第一格的AAA式的規則。