九章算法

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刘徽注解《九章算术》是什么?

刘徽(225~295)刘徽,中国数学家。中国古代的数学著作相传有10种,称为“算经十书”。其中最重要的一种是《九章算术》,全书分九章。刘徽在数学上的主要成就之一就是为《九章算术》做注解,于魏景元四年(公元263年)成书,名《九章算术注》,共九卷。对《九章算术》中的大部分算法一一给出理论上的论证,特别是创立割圆术来计算圆周率的方法,含有极限观念,这不仅开创了中国圆周率研究的新纪元,在世界数学史上也是一项重大成就。他正确地计算出圆内接正192边形的面积,并得出圆周率的近似值为157/50(约3.14)。在此基础上,他又进一步算出圆内接正3072边形的面积,得到圆周率的近似值为3927/1250,等于现在通常计算中所规定的π值,即3.1416。刘徽对数学的贡献是多方面的,他对求弧田面积、圆锥体积、球体积、十进分数、解方程等问题都有创见。巧戏贪心财主从前,有一位贪心的财主找到刘徽,求他帮忙,财主说:“我有一口圆形的池塘,现在我想把它租出去,能不能请您帮忙计算一下这口池塘有多大?”刘徽痛快地回答:“当然可以。不过,你是想让你的池塘的亩数大一些还是小一些呢?”《九章算术》书影财主一听还有这种好事,连忙说:“大一些好,大一些好。大了我就可以多收租金了!”于是刘徽告诉他,尽量把这个池塘画成多边形,边数越多,池塘的亩数就越大。财主迫不及待地依计行事。第二天一早,他就跑来告诉刘徽,他画出了12边形,并量出了每边的长度。刘徽马上给他算出了池塘的亩数。第三天,财主又画出了24边形,刘徽一算,果然亩数比前一天多了些,财主就更高兴了。过了几天,他又画出了96边形,刘徽算出的亩数又大了一些。这样,贪心的财主为了让他的池塘的面积不断扩大,就不停地量呀、画呀,忙得不亦乐乎。而事实上,这个池塘的实际面积要比财主画出的任一多边形的面积都大。其实,这故事讲的就是刘徽独创的割圆术。所谓的割圆术,就是在圆内做内接正多边形,然后通过计算多边形的面积来求得该圆的近似面积,并计算出圆周率的近似数值。

关于《九章算术》

《九章算术》的内容十分丰富,全书采用问题集的形式,收有246个与生产、 《九章算术》
生活实践有联系的应用问题,其中每道题有问(题目)、答(答案)、术(解题的步骤,但没有证明),有的是一题一术,有的是多题一术或一题多术。这些问题依照性质和解法分别隶属于方田、粟米、衰(音cui)分、少广、商功、均输、盈不足、方程及勾股九章如下所示。
《九章算术》共收有246个数学问题,分为九章、它们的主要内容分别是:
第一章“方田”:田亩面积计算;提出了各种多边形、圆、弓形等的面积公式;分数的通分、约分和加减乘除四则运算的完整法则。后者比欧洲早1400多年。
第二章“粟米”:谷物粮食的按比例折换;提出比例算法,称为今有术;衰分章提出比例分配法则,称为衰分术;
第三章“衰分”:比例分配问题;介绍了开平方、开立方的方法,其程序与现今程序基本一致。这是世界上最早的多位数和分数开方法则。它奠定了中国在高次方程数值解法方面长期领先世界的基础。
第四章“少广”:已知面积、体积,反求其一边长和径长等;
第五章“商功”:土石工程、体积计算;除给出了各种立体体积公式外,还有工程分配方法;
第六章“均输”:合理摊派赋税;用衰分术解决赋役的合理负担问题。今有术、衰分术及其应用方法,构成了包括今天正、反比例、比例分配、复比例、连锁比例在内的整套比例理论。西方直到15世纪末以后才形成类似的全套方法。
第七章“盈不足”:即双设法问题;提出了盈不足、盈适足和不足适足、两盈和两不足三种类型的盈亏问题,以及若干可以通过两次假设化为盈不足问题的一般问题的解法。这也是处于世界领先地位的成果,传到西方后,影响极大。
第八章“方程”:一次方程组问题;采用分离系数的方法表示线性方程组, 勾股定理求解
相当于现在的矩阵;解线性方程组时使用的直除法,与矩阵的初等变换一致。这是世界上最早的完整的线性方程组的解法。在西方,直到17世纪才由莱布尼兹提出完整的线性方程的解法法则。这一章还引进和使用了负数,并提出了正负术——正负数的加减法则,与现今代数中法则完全相同;解线性方程组时实际还施行了正负数的乘除法。这是世界数学史上一项重大的成就,第一次突破了正数的范围,扩展了数系。外国则到7世纪印度的婆罗摩及多才认识负数。
第九章“勾股”:利用勾股定理求解的各种问题。其中的绝大多数内容是与当时的社会生活密切相关的。提出了勾股数问题的通解公式:若a、b、c分别是勾股形的勾、股、弦,则,m>n。在西方,毕达哥拉斯、欧几里得等仅得到了这个公式的几种特殊情况,直到3世纪的丢番图才取得相近的结果,这已比《九章算术》晚约3个世纪了。勾股章还有些内容,在西方却还是近代的事。例如勾股章最后一题给出的一组公式,在国外到19世纪末才由美国的数论学家迪克森得出。


刘徽《九章算术注》有哪些特点?

刘徽着力探讨《九章算术》各公式、解法,以至数学各部分之间的关系。以体积问题为例。《九章算术》以牞验法为主要方法,其正确性是归纳的结果。刘徽则不然,他在用无穷小分割完成阳马与鳖臑的体积公式证明之后指出:“不有鳖臑,无以审阳马之数,不有阳马,无以知锥亭之类,功实之主也。”并且接近提出任何四面体的体积都是16abh。他将方锥、方亭、刍甍、刍童、羡除等多面体分割成长方体、堑堵、阳马、鳖臑,以证明其体积公式。刘徽的多面体理论是从长方体出发,以四面体体积公式的证明为核心,以演绎推理为主的理论体系。刘徽的其他理论都可作类似分析。总之,数学在刘徽的头脑中形成了一个独具特色的体系。它从规矩度量的统一出发,引出面积、体积、率、正负数的定义,运用齐同原理、出入相补原理、无穷小分割方法,以演绎逻辑为主要推理方法,以计算为中心,以率为纲纪。它“约而能周,通而不黩”,并且没有任何循环推理,全面地反映了到公元3世纪为止的中国人的数学知识。刘徽《九章算术注》不仅有概念,有命题,而且有联结这些概念和命题的逻辑推理。它的出现标志着中国古代数学形成了自己的理论体系。

数学著作《九章算术》是哪位数学家写的?

《九章算术》是一本综合性的数学专著,作者不详。很可能是在成书前一段历史时期内通过多人之手逐次整理、修改、补充而成的集体创作结晶。但历史上有很多人对《九章算术》进行校正和注释,主要有:西汉张苍增订、删补,三国时曹魏刘徽注,唐李淳风注,南宋杨辉著《详解九章算法》选用《九章算术》中80道典型的题作过详解并分类,清李潢(?~1811年)所著《九章算术细草图说》对《九章算术》进行了校订、列算草、补插图、加说明,尤其是图文并茂之作。现代钱宝琮(1892~1974年)曾对包括《九章算术》在内的《算经十书》进行了校点,用通俗语言、近代数学术语对《九章算术》及刘、李注文详加注释。80年代以来,今人白尚恕、郭书春、李继闵等都有校注本出版。


古代数学著作《详解九章算法》作者是谁

《周髀算经》是中国现存最早的一部数学典籍,成书时间大约在两汉之间 (纪元之后).也有史家认为它的出现更早,是孕于周而成于西汉,甚至更有人说它出现在纪元前1000年. 《九章算术》约成书于公元纪元前后,它系统地总结了我国从先秦到西汉中期的数学成就.该书作者已无从查考,只知道西汉著名数学家张苍、耿寿昌等人曾经对它进行过增订删补.全书分做九章,一共搜集了246个数学问题,按解题的方法和应用的范围分为九大类,每一大类作为一章. 南北朝是中国古代数学的蓬勃发展时期,计有《孙子算经》、《夏侯阳算经》、《张丘建算经》等算学著作问世. 》、《海岛算经》等10部数学著作.所以当时的数学教育制度对继承古代数学经典是有积极意义的. 公元600年,隋代刘焯在制订《皇极历》时,在世界上最早提出了等间距二次内插公式;唐代僧一行在其《大衍历》中将其发展为不等间距二次内插公式. 贾宪在《黄帝九章算法细草》中提出开任意高次幂的“增乘开方法”,同样的方法至1819年才由英国人霍纳发现;贾宪的二项式定理系数表与17世纪欧洲出现的“巴斯加三角”是类似的.遗憾的是贾宪的《黄帝九章算法细草》书稿已佚. 秦九韶是南宋时期杰出的数学家.1247年,他在《数书九章》中将“增乘开方法”加以推广,论述了高次方程的数值解法,并且例举20多个取材于实践的高次方程的解法(最高为十次方程).16世纪意大利人菲尔洛才提出三次方程的解法.另外,秦九韶还对一次同余式理论进行过研究. 李冶于1248年发表《测圆海镜》,该书是首部系统论述“天元术”(一元高次方程)的著作,在数学史上具有里程碑意义.尤其难得的是,在此书的序言中,李冶公开批判轻视科学实践活动,将数学贬为“贱技”、“玩物”等长期存在的士风谬论. 公元1261年,南宋杨辉(生卒年代不详)在《详解九章算法》中用“垛积术”求出几类高阶等差级数之和.公元1274年他在《乘除通变本末》中还叙述了“九归捷法”,介绍了筹算乘除的各种运算法.公元1280年,元代王恂、郭守敬等制订《授时历》时,列出了三次差的内插公式.郭守敬还运用几何方法求出相当于现在球面三角的两个公式. 公元1303年,元代朱世杰(生卒年代不详)著《四元玉鉴》,他把“天元术”推广为“四元术”(四元高次联立方程),并提出消元的解法,欧洲到公元1775年法国人别朱(Bezout)才提出同样的解法.朱世杰还对各有限项级数求和问题进行了研究,在此基础上得出了高次差的内插公式,欧洲到公元1670年英国人格里高利(Gregory)和公元1676一1678年间牛顿(Newton)才提出内插法的一般公式. 14世纪中、后叶明王朝建立以后,统治者奉行以八股文为特征的科举制度,在国家科举考试中大幅度消减数学内容,于是自此中国古代数学便开始呈现全面衰退之势. 明代珠算开始普及于中国.1592年程大位编撰的《直指算法统宗》是一部集珠算理论之大成的著作.但是有人认为,珠算的普及是抑制建立在筹算基础之上的中国古代数学进一步发展的主要原因之一. 由于演算天文历法的需要,自16世纪末开始,来华的西方传教士便将西方一些数学知识传入中国.数学家徐光启向意大利传教士利马窦学习西方数学知识,而且他们还合译了《几何原本》的前6卷(1607年完成).徐光启应用西方的逻辑推理方法论证了中国的勾股测望术,因此而撰写了《测量异同》和《勾股义》两篇著作.邓玉函编译的《大测》〔2卷〕、《割圆八线表》〔6卷〕和罗雅谷的《测量全义》〔10卷〕是介绍西方三角学的著作


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