登陆注册
11295800000010

第10章 数学史上著名的“割圆术”

我国在先秦产生了无穷小分割的若干命题。随着人们认识水平的逐步提高,至南北朝时期,无穷小分割思想已经基本成熟,并被数学家刘徽运用到数学证明中。

我国古代的无穷小分割思想不仅是我国古典数学成就之一,而且包含着深刻的哲学道理,在人们发现、分析和解决实际问题的过程中,发挥了积极作用。

刘徽在人类历史上首次将无穷小分割引入数学证明,是古代无穷小分割思想在数学中最精彩的体现。

相传很久以前,黄河里有一位河神,人们叫他河伯。河伯站在黄河岸上。望着滚滚的浪涛由西而来,又奔腾跳跃向东流去,兴奋地说:“黄河真大呀,世上没有哪条河能和它相比。我就是最大的水神啊!”

有人告诉他:“你的话不对,在黄河的东面有个地方叫渤海,那才真叫大呢!”河伯说:“我就不信,渤海再大,它能大得过黄河吗?”那人说:“别说一条黄河,就是几条黄河的水流进渤海,也装不满它。”河伯固执地说:“我没见过渤海,我不信。”那人无可奈何,告诉他:“有机会你去看看渤海,就明白我的话了。”秋天到了,连日的暴雨使大大小小的河流都注入黄河,黄河的河面更加宽阔了,隔河望去,对岸的牛马都分不清。这一下,河伯更得意了,以为天下最壮观的景色都在自己这里,他在自得之余,想起了有人跟他提起的渤海,于是决定去那里看看。

河伯顺着流水往东走,到了渤海,脸朝东望去,看不到水边。只见大海烟波浩渺,直接天际,不由得内心受到极大震撼。

河伯早已收起了欣喜的脸色,望着海洋,对着渤海叹息道:“如今我看见您的广阔无边,我如果不是来到您的家门前,那就危险了,因为我将永远被明白大道理的人所讥笑。”

渤海神闻听河伯这样说,知道他提高了认识,就打算解答他的一些疑问。

其中有一段是这样的。

河伯问:“世间议论的人们总是说:‘最细小的东西没有形体可寻,最巨大的东西不可限定范围’。这样的话是真实可信的吗?”

渤海神回答:“从细小的角度看庞大的东西不可能全面,从巨大的角度看细小的东西不可能真切。精细,是小中之小;庞大,是大中之大。大小虽不同却各有各的合宜之处,这是事物固有的态势。”

“所谓精细与粗大,仅限于有形的东西,至于没有形体的事物,是不能用计算数量的办法来分的;而不可限定范围的东西,更不是用数量能够精确计算的。”

上述故事选自被称为“天下第一奇书”的《庄子》的《秋水》篇,这篇文章是人们公认的《庄子》书中第一段文字。因为此篇最得庄周汪洋恣肆而行云流水之妙。

其实,这段对话中说的至精无形、无形不能分的思想,可以看作是作者借河神和海神的对话,阐述了当时的无穷小分割思想。

早在我国先秦时期、西周时期数学家的商高也曾与周公讨论过圆与方的关系。在《周髀算经》中,商高回答周公旦的问话中说得一清二楚。

圆既然出于方,为什么圆又归不了方呢?是世人没有弄清“圆出于方”的原理,而错误地定出了圆周率而造成的。

商高“方圆之法”,即求圆于方的方法,渗透着辩证思维。“万物周事而圆方用焉”,意思是说,要认识世界可用圆方之法;“大匠造制而规矩设焉”,意思是说,生产者要制造物品必然用规矩。

可见“圆方”包容着对现实天地的空间形式和数量关系的认识,而“数之法出于圆方”,就是在说数学研究对象就是“圆方”,即天地,数学方法来之于“圆方”。亦即数学方法源于对自然界的认识。

“毁方而为圆,破圆而为方”,意思是说,圆与方这对矛盾,通过“毁”与“破”是可以互相转化的。认为“方中有圆”或“圆中有方”,就是在说“圆”与“方”是对立的统一体。

这就是商高的“圆方说”。它强调了数学思维要灵活应用,从而揭示出人的智力、人的数学思维在学习数学中的作用。认识了圆,人们也就开始了有关于圆的种种计算,特别是计算圆的面积。

战国时期的“百家争鸣”也促进了数学的发展,尤其是对于正名和一些命题的争论直接与数学有关。

名家认为经过抽象以后的名词概念与它们原来的实体不同,他们提出“矩不正,不可为方;规不正,不可为圆”,认为圆可以无限分割。

墨家则认为,名来源于物,名可以从不同方面和不同深度反映物。墨家给出一些数学定义,例如圆、方、平、直、次、端等。

墨家不同意圆可以无限分割的命题,提出一个“非半”的命题来进行反驳:将一线段按一半一半地无限分割下去,就必将出现一个不能再分割的“非半”,这个“非半”就是点。

名家的命题论述了有限长度可分割成一个无穷序列,墨家的命题则指出了这种无限分割的变化和结果。名家和墨家的数学定义和数学命题的讨论,对我国古代数学理论的发展是很有意义的。

汉司马迁《史记·酷吏列传》以“破觚而为圜”比喻汉废除秦的刑法。破觚为圆含有朴素的无穷小分割思想,大约是司马迁从工匠加工圆形器物化方为圆、化直为曲的实践中总结出来的。

上述这些关于“分割”的命题,对后来数学中的无穷小分割思想有深刻影响。

我国古代数学经典《九章算术》在第一章“方田”章中写到“半周半径相乘得积步”,也就是我们现在所熟悉的这个公式。

为了证明这个公式,魏晋时期数学家刘徽撰写《九章算术注》,在这一公式后面写了一篇1800余字的注记。这篇注记就是数学史上著名的“割圆术”。

刘徽用“差幂”对割到192边形的数据进行再加工,通过简单的运算,竟可以得到3072边形的高精度结果,附加的计算量几乎可以忽略不计。这一点是古代无穷小分割思想在数学中最精彩的体现。

刘徽在人类历史上首次将无穷小分割引入数学证明,成为人类文明史中不朽的篇章。

同类推荐
  • 生产生活篇(农民十万个怎么做)

    生产生活篇(农民十万个怎么做)

    本书主要内容涵盖四个方面:一是介绍生产管理过程中的方法,增强农民生产管理的本领;二是介绍在人际交往中如何处理好各种关系,提升农民的文明素养;三是介绍与消费有关的知识与方法,帮助农民更好地做出消费决策,形成文明健康的生活方式;四是介绍饮食保键的方法和有关注意事项,提高农民的身体素质。
  • 飞向月球(神秘的太空世界丛书)

    飞向月球(神秘的太空世界丛书)

    是神秘的太空世界丛书之一,由刘芳编著。《飞向月球》图文并茂,从不同角度、不同层面向你展开一幅幅美丽的太空画面,让你在学到有关太空知识的同时也能领略到独特的太空美,相信定会使你受益匪浅。现在就开始这次意义远的太空之旅吧。
  • 战机:天空中的较量

    战机:天空中的较量

    本书介绍了军用飞机的相关知识。全书系统地讲述了军用飞机的诞生历史、发展过程、制造工艺、军事作用等知识,并按类型介绍了世界各国共百余种具有代表性的机型。通俗易懂的文字,配以精美准确的图片,能让读者迅速了解军用飞机这一科技含量极高的国防武器,并对世界各国的空军力量有进一步的认识。
  • 青少年应该知道的星系

    青少年应该知道的星系

    本书首先为你解读星系的定义,然后逐步地阐述了星系的演化、类别,以及它与星云和星团之间的区别。
  • 洞穴传奇探险路

    洞穴传奇探险路

    本书介绍了马耳他地下洞穴揭秘、阿尔塔米拉洞穴考证、土耳其地下古城挖掘、厄瓜多尔藏宝洞探险、血腥的丹漠洞穴故事等内容。
热门推荐
  • 历史禁区

    历史禁区

    历史总是带给我们无限的回忆,又带给我们无限的神秘:秦始皇铸造12金人是何缘故?刘备为什么“换妻如换衣”?风光无限的四大美人背后隐藏了多少不为人知的辛酸?慈禧的“独身生活”到底幸福吗?热播的甄嬛究竟谁是她的真身……这一切的一切,我们真的无从知晓、无从考证。打开这门《历史禁区》,你将会了解到一些不一样的历史真相。本书对历史上那些不为人知的真相做了深入的挖掘,会让你看到一个不一样的历史。
  • 都市万界之王

    都市万界之王

    一个戒指,引起无数人的纷争,一个戒指,开启万千世界。现在,戒指在一个屌丝的手上。但是,没有人敢抢,因为这个屌丝的前世,是个牛13的存在。
  • 有钱任性独宠我

    有钱任性独宠我

    继承十亿财产的阳光美女,很低调也很任性,她对我说:“相濡以沫相思太苦,有种你找到我,我就爱你宠你……”经我点石成金,赚到大钱的清纯美女也很任性,她对我说:“我就是要喝醉!看你怎么对我!看你理不理我……”说到底,我也很任性,想赚钱,也想…………感谢腾讯文学书评团提供书评支持!
  • 军婚:先婚后爱欢喜冤家

    军婚:先婚后爱欢喜冤家

    “什么?”袁晓晓双手捂着自己的嘴,不敢相信自己听到的事实。“我要去问问舅舅,这是怎么一回儿事儿!”“不用你去问了,我这不是来了吗!”袁晓晓的舅舅,坐在袁晓晓身边的沙发上,并且示意袁晓晓坐下说话。“舅舅,这都什么年代了,婚姻哪儿有包办的?”袁晓晓挽着舅舅的胳膊撒娇。“晓晓,我的决定咱们家里人可都是通过了的呀!”“什么?”“再说了你的性格,总是容易被人骗,你说说,哪个男生喜欢你,是为了你这个人的?不都是因为咱们家吗?所以,你要嫁的这个人呐,他是一名军人,是我战友家的孩子,为人我是了解的,所以你就放一百个心,嫁了吧!明天一早的飞机,东西我都命人收拾好了,做好准备,明天一早我来接你,送你去机场!”
  • 圣卡魔尊

    圣卡魔尊

    圣力,奥兹大陆特有的力量。圣卡师,奥兹大陆最尊崇的职业。从地球转世而来的凌道,被迫与恶魔签订契约,修炼禁忌的魔道,圣魔同修,纵横异界大陆。圣力爆发,风火水土滔天漫地;魔力狂涌,一拳怒碎江山!
  • 起于尽头

    起于尽头

    山穷水尽道无涯,淤泥深处有莲花。自然生发无穷量,原自真识是造化。生命的出现就和宇宙的诞生一样玄妙神奇,生命的生死轮回,文明的兴衰交替,世界的自然变化,生命的尽头是下一场轮回的起点,还是上一场轮回的超脱?亦或者没有轮回,都只是一场永不会醒来的梦?看时光长河中,历史总是在反反复复,阴阳是理,道尽为用。谁能在尽头与开始之时明悟到“道”的所在?。。。
  • 费玖与杨心

    费玖与杨心

    纠结好久~敲定了写两个女生的故事、好多都是自己的经历改编的~
  • 与怪人们合租的日子

    与怪人们合租的日子

    男主大四毕业在即,急于寻找一间单身公寓,路边偶遇一神秘少女,却没想到是个异界魔法师,合租生活就此展开。
  • 望尘月

    望尘月

    她为杀手,他为太子。一个生活在江湖,一个生活在皇宫,就算她来到了皇宫,就算他来到了江湖,他们也不能在一起,不是吗?他为天使,她为修罗,一个生活在天堂,一个生活在地狱,就算他来到了地狱,就算她来到了天堂,他们也不能在一起,不是吗?
  • 三家诗话

    三家诗话

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。汇聚授权电子版权。