阿基米德|魏晋大数学家,中国数学史上的牛顿,与阿基米德求解了同一难题

魏晋时期 , 中国处于三国割据状态 , 频繁地战乱给百姓带来苦难之余 , 却让当时思想特别活跃 , 犹如数百年前的百家争鸣一般 。 开明的社会氛围 , 思辨的社会风气 , 也让中国古代数学迎来了第二次高峰 。 如果说中国古代数学第一次高峰以《九章算术》为代表 , 那么第二次高峰的开启就是以刘徽的《九章算术注》与《海岛算经》为代表 。
那么 , 刘徽到底是何许人也?鲜为人知的是 , 刘徽是魏晋时期大数学家 , 与孙权、刘禅等人处于同一时代 , 中国古代第二次数学高峰的开启者 , 还与古希腊大数学家阿基米德用同一种办法不约而同的解开同一道难题 。 由于刘徽在数学上的巨大成就 , 所以不少书上把他称作“中国数学史上的牛顿” 。
阿基米德|魏晋大数学家,中国数学史上的牛顿,与阿基米德求解了同一难题
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与古希腊几何突然兴盛、缺少起源发展环节不同 , 中国古代数学可谓一步一个脚印 , 新石器时代遗存以及甲骨文记载 , 都说明早在周朝之前 , 中国古人已经发明十进位置制 , 以及能够进行四则运算 。 由于掌握了一定代数与几何知识 , 所以上古人类才能制定历法、丈量土地、测算山谷、计算产出、制造陶器等 。
在距今8000年—4800年的甘肃天水大地湾遗址中 , 出土了四只不同形状的陶器 , 条形盘的容积约为264.3立方厘米 , 铲形容积约为2650.7立方厘米 , 箕形容积约为5288.4立方厘米 , 深腹罐容积约为26082.1立方厘米 , 除了箕形陶器是铲形的两倍之外 , 其他三种陶器大约都是十倍递增 。 显然 , 如果不掌握一定代数与几何知识 , 古人很难做到如此精确 。
周朝建立后 , 将“数”列为“君子六艺”之一 , 当然君子六艺是贵族垄断的知识 , 普通平民基本接触不到 。 春秋战国时期礼崩乐坏 , 随着大批诸侯被灭国 , 以及很多贵族破产 , 知识开始下移与私学的兴起 , 九九乘法口诀、整数四则运算、分数、以及犹如今天计算器一般的筹算等开始普及 , 被越来越多的人掌握 。
汉朝建立后 , 曾对先秦文化典籍进行过整理与抢救 , 在此过程中我国第一部数学专著《九章算术》被正式整理出来 , 其作者是谁已经不可考 , 荀子徒弟之一、李斯同学、汉初丞相张苍曾经校正过《九章算术》 。 总之 , 《九章算术》是一部汉初之前中国数学成就的总结性书本 , 一部包罗万象的数学专著 , 内容涵盖几何与代数学 , 其中最后一章讲述的就是周初商高发现的勾股定理 。
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随着时代的发展 , 人们发现《九章算术》存在一些错误 , 给生产生活造成了很多困惑 , 最典型的是圆周率 , 《九章算术》中提出“径一周三”的结论 , 定圆周率为常数三 , 即圆周长是直径长的三倍 , 以此作为圆面积公式的基础 。
古人的“径一周三”结论无疑是错误的 , 但解题思路却非常聪明 , 反映了古人的智慧 。 古人在求证圆面积公式时 , 用圆内接正十二边形的面积来代替圆面积 , 应用“出入相补原理” , 再将圆内接正十二边形拼补成一个长方形 , 借用长方形的面积求出圆面积 。 长方形是以圆内接正六边形周长的一半作为长 , 以圆半径作为高 , 最终推算出“径一周三”的结论 , 同时由长方形的面积公式来论证《九章算术》的圆面积公式 。 如果摒弃掉现代数学知识 , 古人这种求圆面积的思路 , 现代人未必能想得出来 。