劉徽的主要著作有:《九章算術筆記》(10卷);“重差術”(1)在唐代改名為“島算”;《九章重差圖》有1卷,但後兩卷在宋代失傳。
劉徽的數學成就大致在兩個方面:
壹是理清中國古代數學體系,奠定其理論基礎。這壹方面體現在《九章算術筆記》中。它實際上已經形成了壹個比較完整的理論體系:
在數系理論方面,利用同數和異數闡述了復數分數的壹般除法、歸約、四則運算和化簡的算術規則。在處方的註釋中,他從處方的無窮意義上討論了無理根的存在性,引進了新的數,創造了用小數無限逼近無理根的方法。
在微積分理論方面,明確定義了比率,並以乘除齊等三種基本運算為基礎,建立了數與公式運算的統壹理論基礎。他還用“率”來定義中國古代數學中的“方程”,即現代數學中線性方程的增廣矩陣。
在勾股理論中,勾股定理和勾股解的計算原理被壹壹論證,建立了類似勾股形式的理論,發展了勾股度量。通過對“橫於鉤中”、“直於股中”等典型人物的分析,形成了具有中國特色的相似理論。
在面積和體積理論中,利用互補存取原理、余補不足和“割圓術”的極限方法,提出了劉輝原理,解決了各種幾何形狀和幾何體的面積和體積的計算問題。這些方面的理論價值依然在閃耀。
第二,在繼承的基礎上,提出自己的想法。這壹方面主要體現在以下具有代表性的創新:
割禮與圓周率:《九章算術》中的劉徽?在圓整場的註記中,用割線技巧證明了圓面積的精確公式,並給出了圓周率計算的科學方法。他先從圓內接的六邊形切圓,每邊數增加壹倍,計算到192多邊形的面積,π=157/50=3?14,並計算3072多邊形的面積,得到π=3927/1250=3?1416叫“徽率”。
劉輝原理:第九章算術中?楊馬術筆記,他在用無窮除法求解圓錐體體積時,提出了劉徽關於多面體體積計算的原理。
《和睦房改》中說:九章算術?他指出了公式V=9D3/16(D是球的直徑)的不準確性,並引入了著名的幾何模型“牟和方蓋”。“牟和方蓋”是指兩軸線互相垂直的內接圓柱體的相交部分。
方程式的新技術:第九章算術?方程”,他提出了壹種理解線性方程的新方法,運用了比值算法的思想。
加權差分法:在《海島計算經》白皮書中,他提出了加權差分法,采用了測高、測距的方法,如重量表、電纜連接、累積力矩等。他還運用“類比推導”的方法,將重力差技術從兩次觀測發展到“三次觀測”和“四次觀測”。而在7世紀,印度和歐洲只是在15 ~ 16世紀才開始研究兩次觀測的問題。
劉徽的《九章算術》是我國最早的數學專著之壹,成書於西漢。這本書的完成經歷了壹個歷史過程。書中收集的各種數學問題,有些是先秦流傳的,經過很多人長時間的刪改,最後由西漢的數學家整理出來。今天流傳的最終版本的內容,在東漢以前已經形成。《九章算術》是中國最重要的經典數學著作。它的完成為中國古代數學的發展奠定了基礎,在中國數學史上占有極其重要的地位。本期九章算術* * *收集了246道應用題和各種問題的解決方法,分屬九章,分別是田方、小米、下降、韶光、上工、平均虧損、收益不足、方程、勾股。
九章算術的出現是社會發展和數學知識長期積累的結果,匯集了不同時期數學家的勞動成果。劉徽認為:“周公有九禮,若有九禮,九章足矣。.....張蒼,漢北平侯,程耿壽昌,老農,都是算命的好手。蒼等因有舊文殘跡,稱為刪補。故學派宗旨或與古不同或與眾不同,理論更近。”根據劉徽的研究成果,《九章算術》源於《周公》中的九數,他所見的《九章算術》是西漢張蒼、耿壽昌在繼承先秦遺風的基礎上編輯而成,其中包含了大量西漢時期的補充內容。根據歷史文獻和出土文物,劉徽所說的是可信的。
《九章算術》中所包含的各種算法,都是在先秦兩漢數學家傳世的數學基礎上,為適應當時的需要而補充和修正的。據劉徽考證,張蒼和耿壽昌都是參與修訂工作的主要數學家。史記?《宰相張傳》記載,張蒼(約公元前250年~公元前152年)經歷了秦朝和漢朝兩個朝代。高帝六年(公元前2065438+公元前0),因攻藏茶有功,封為北平侯。“自秦為史之列,明日下書。並善用算術歷。”他還“寫了18本書,解釋陰陽法則。”耿壽昌出生年月不詳。漢高祖宣帝做官的時候,成了高級農民,“以善為算計,能以功利經商”受到皇帝的青睞。他在天文學上主張渾天說,並在甘露二年(前52年)奏“以圓儀花月,驗天之形。”張蒼和耿壽昌都是著名的數學家,身居高位。他們自然要主持修訂先秦時期流傳下來的算術。根據劉徽的記載,他註的《九章算術》最終由耿壽昌主編。我們認為耿壽昌編輯《九章算術》的時間可以定為此書完成的時間。
《九章算術》是國家組織編寫的官方數學教科書,對漢代數學的發展有很大影響。《廣韻》共有四章,分別是許商、、吳、王參合而成的《九章》和《後漢書》?《馬援傳》是馬旭(約70 ~ 141)九章所記,此人學識淵博,擅長算術。此外,還有鄭玄(127 ~ 200)、劉虹等人的《九章算術》的記載。可見該書是當時學習數學的重要教材。東漢光和二年(179)壹塊銅版上的銘文規定:“大司農取五印(138?)字母,...多州為銅鬥,斜稱。按黃忠歷法,《九章算術》長短、輕重、大小相等,天下皆同。”這說明該書不僅在東漢時期廣為流傳,而且度量衡發展過程中涉及的數學問題都要以書中的算法為基礎。許商和杜摯可能是《九章經》成書後第壹批研究它的數學家。許商和杜摯都是西漢末年的數學家。漢書?《藝文誌》錄《許商算術》26卷,《杜摯算術》16卷。這兩本書是殷先在漢成帝三年(前26年)校其數學著作之前所作。許商和杜摯著作的成書日期與耿壽昌刪補《九章算術》的時間相差不遠。他們的數學著作應該是在學習九章算術的基礎上完成的。
《九章算術》不僅在中國數學史上占有重要地位,而且對世界數學的發展也做出了重要貢獻。分數理論及其完備算法,比例與比例分配算法,面積與體積算法,以及各種應用問題的解決方法,在書中的方域、小米、衰變、商功、偶損等章節都有詳細的描述。《韶光》、《盈與虧》、《方程》和《勾股》等章節中的開方法、盈與虧(雙假設法)、正負數的概念、線性聯立方程組的求解、整數勾股串的通式等,都是世界數學史上的傑出成就。
劉徽《九章註》不僅在整理古代數學體系、完善古代計算理論方面取得了重要成果,而且提出了豐富多彩的思想和發明。他用比值論建立了數和公式的統壹理論基礎,應用進出互補原理和極限方法解決了面積和體積的許多問題,建立了獨特的面積和體積理論。他用九章的篇幅對很多結論進行了嚴格的證明,他的壹些方法對後世,甚至對今天的數學都有很大的啟發。
劉徽的工作不僅對中國古代數學的發展產生了深遠的影響,而且在世界數學史上奠定了崇高的歷史地位。鑒於劉徽的巨大貢獻,很多書都稱他為“中國數學史上的牛頓”。