刘徽 ,中國魏晉時期數學家,生平不詳。魏景元四年(263年)著有《九章算術注 》10卷。[ 1]
家世
郭書春主張,劉徽有可能是梁敬王刘定国 之孙菑乡侯刘逢喜的后裔。[ 2] 吳文俊 《中國數學史大系 》亦同意此說法。[ 3] :55-56
籍貫
關於劉徽的資料甚少,正史和其他史籍中都沒有此人的傳記資料。其生平資料主要可見於其本人的著作和零散的史料,依靠學者推測。[ 4] :14 籍貫方面,《宋史·禮志》中記述:「於是中書舍人張邦昌定算學:封.......魏劉徽淄鄉男」。學者據此記載有不同的看法。[ 4] :11
山東鄒平縣 說。《中國大百科全書》(第二版)[ 1] 、郭書春[ 5] 、沈康主此說。郭書春《劉徽籍貫考》中,據《漢書》、《元豐九域志》、《金史》、《山東通志》等史籍,主張淄鄉在今天山東鄒平縣境。沈康以山東鄒平縣的地里位置,和劉徽《海島算經》題文的地里描述,同樣主此說。[ 4] :10-14
山東淄博 淄川 說。吳文俊 《中國數學史大系 》 (此節由白尚恕 執筆)則持此說,《中國數學史大系》認為今山東淄博市淄川區有淄城鎮 ,有可能就是宋金時的淄鄉鎮。[ 3] :55-56
此外,學者有其他的看法。嚴敦傑《劉徽簡傳》中認為:「祀典各封爵並不十九均據各人里貫為之,其中見於史傳的而有里貫的一般相符,如沒有里貫的一是推測,二是按郡望。劉徽的籍貫既沒有直接材料,則封為淄鄉男不出這兩種可能性,所以還是定不可考為好。」,主張淄鄉不一定是他的籍貫。李迪認為「這話(《宋史》中的記載)不完全可靠,但也不應完全否定」,認為可初步斷定劉徽是山東人。[ 4] :10-14
生平
關於劉徽的生平,史書中沒有記載。從《九章算術注》中提及的書名來看,他精通四書五經和諸子。[ 3] :51 在其《九章算術注·序》提及「立表於洛陽之城,令高八尺,南北各盡平地,同日度正中之景」,可見他曾親身到洛陽,並可能洛陽參加過歷法討論和進行過天文測量。[ 3] :57-58
此外,《隋書·經籍志》中記述:「《魯史欹器圖》,儀同劉徽注。」。《中國數學史大系》據此認為他有可能做過儀同官,並在任上完成《魯史欹器圖》一卷。[ 3] :57-58 清代姚振宗《隋書經籍志考證》中指,凡是隋代人所著的書,《經籍志》都只書官名再加上書名,不加上朝代;而不是隋人的才注明朝代,因此此劉徽應是劉暉之誤。[ 4] :10 嚴敦傑認為,此處的「劉徽」應該是「劉暉」,是隋人而非魏人。[ 6]
數學成就
刘徽割圆术 原理的示意圖
刘徽的青朱出入图
刘徽为《九章算术 》作注,[ 7] 其中他提出用割圆术 计算圆周率 的方法,以内接正六邊形开始,逐次倍加邊數的方法,逐步逼近圓周率。《九章算術》僅以π=3,劉徽 則计算出正192边形的面积,先得到圆周率的近似值为
π π -->
=
157
50
=
3.14
{\displaystyle \pi ={\frac {157}{50}}=3.14}
,和晋武库王莽铜律嘉量比较,觉得“此术微小”,于是再用圆周率捷法 计算出正3072边形的面积,求得
π π -->
=
3927
1250
=
3.1416
{\displaystyle \pi ={\frac {3927}{1250}}=3.1416}
[ 8] 。作此書注時,他還依據其「割補術」為證勾股定理,另闢蹊徑作青朱出入圖 。圖雖失傳,但據其「出入相補、以盈補虛」原理,後人參照書中類似方法還原了此圖。
刘徽最先提出的「牟合方蓋 」圖形
劉徽 的注釋兼用圖形和模型作說明,以圖形相互拼湊方法解決各種面積計算問題,相當於一般平面幾何學 中所用的平移與疊合的方法;並用直截面積的方法來計算立體體積。他指出《九章算術 》計算球體體積方法錯誤,并引入了「牟合方盖 」(垂直相交的兩個圓柱體的共同部分的體積)这一著名的几何模型,认为只有「牟合方蓋」與球體積之比才正好等於正方形與其內切圓的面積之比,也就是:
球体积
:
{\displaystyle :\,}
牟合方盖体积
=
π π -->
:
4
{\displaystyle =\pi :4\,}
但劉徽沒有給出牟合方蓋的體積公式,所以也就得不出球體的體積公式。
《四库全书 》中的《海岛算经 》
《古今图书集成》中「窥望海岛之图」
劉徽 並在《九章算術注》提出重差術 ,應用中国传统的出入相补 原理,以多達4次的觀測,測量 山高水深等數值。在唐代,有關重差術 的注文被抽出單行,因其第一题是测量海岛高度和距离的问题,故題為《海島算經 》,成为《算经十书 》之一。刘徽 创造的四次重差观测术,被吴文俊 称为“使中国测量学 达到登峰造极的地步”[ 9] ,美国 数学家弗兰克·斯委特兹赞誉这使得“中国在數學测量学的成就,超越西方约一千年”[ 10] 。
参见
参考文献
^ 1.0 1.1 中國大百科全書編委會 (编). 劉徽. 中國大百科全書(第二版)(第14冊). : 323. ISBN 9787500079583 .
^ 郭書春. 匯校《九章算術》. 沈陽: 遼寧教育出版社. 1990: 69–71.
^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 吳文俊. 中國數學史大系(第三卷 東漢三國). 北京師範大學出版社. 1998. ISBN 7303045570 .
^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 周瀚光; 孔國平. 劉徽評傳. 南京: 南京大學出版社. 2011.
^ 郭書春. 劉徽的籍貫是鄒平. 濱州學院學報. 2014, 30 (6): 55-59.
^ 嚴敦傑. 劉徽簡傳. 科學史集刊. 1984, (11): 14-20.
^ 《晋书·律历志》;“魏陈留王景元四年,刘徽注《九章算术》。”共九卷,
^ 吴文俊 主编 《中国数学史大系》 第三卷 东汉三国 第163-164页
^ 吴文俊 主编 《中国数学史大系 》第三卷 248页 ISBN 7-303-04557-0 /O
^ "Quite Simply, in the endeavors of mathematical surveying, China's accomplishments exceeded those realized in the West by about one thousand years", 見 弗兰克·斯委特兹: 《海岛算经:古代中国的测量学 和数学》第四章第二节 比较回顾: 中国测量学 的成就。(Frank J. Swetz: The Sea Island Mathematical Manual,Surveying and Mathematics in Ancient China 4.2 Chinese Surveying Accomplishments, A Comparative Retrospection 第63页 The Pennsylvania State University Press, 1992 ISBN 0-271-00799-0 )
扩展阅读
吴文俊.《九章算术》与刘徽.北京:北京师范大学出版社,1982.
吴文俊.刘徽研究.西安:陕西人民教育出版社,1993.