数学史与数学教育(HPM)的一个案例———刘徽的“割圆术”与微
刘徽割圆术
.
13
（二）圆周率的定义
指平面上圆的周长与直径之比。早 在一千四百多年以前，我国古代著名 的数学家祖冲之，就精密地计算出圆 的周长是它直径的3.1415926--3.1415927倍之间。这是当时世界上 算得最精确的数值----圆周率。
.
14
（三）圆周率的发展
“圆周率”是说一个圆的周长同它的直径有一个 固定的比例。我们的祖先很早就有“径一周三”的 说法，就是说，假如一个圆的直径是1尺，那它的 周长就是3尺。后来，人们发现这个说法并不准确。 东汉的大科学家张衡认为应该是3.162。三国到西 晋时期的数学家刘徽经过计算，求出了3. 14159的 圆周率，这在当时是最先进的，但是刘徽只算到这 里就没有继续算。祖冲打算采用刘徽“割圆术” （在圆内做正6边形，6边形的周长刚好是直径的3 倍，然后再做12边形、24边形……边数越多，它的 周长就和圆的周长越接近）的方法算下去。
.
7
第四，圆面积S满足不等式 S2n＜S＜S2n＋（S2n－Sn）。
如图所示，四边形 OADB的面积和△OAB 的面积的差等于以AD和 DB为弦的两个直角三角 形面积，而OADB的面 积再加上这样两个直角 三角形的面积，就有一 部分超出圆周了。
.
8
第五，刘徽指出：“割之弥细，所失 弥少。割之又割，以至于不可割，则与 圆周合体而无所失矣。”（《九章算术》 方田章圆田术刘徽注）这就是说，圆内 接正多边形的边数无限增加的时候，它 的周长的极限是圆周长，它的面积的极 限是圆面积。
因为《缀术》失传了，祖冲之究竟是用什么方法将π算 到小数点后第七位，又是怎样找到既精确又方便的密 率的呢？这至今仍是困惑数学家的一个谜。
.
17
祖冲之曾写过一本数学著作《缀术》，记录了他 对圆周率的研究和成果。但当时“学官莫能究其 深奥，是故废而不理”，以致后来失传。
刘徽割圆术和定积分方法
刘徽割圆术和定积分方法刘徽是中国古代数学家、天文学家和地理学家，他的著作《九章算术》在中国数学史上有着非常重要的地位。
刘徽在数学领域的贡献众多，其中包括刘徽割圆术和定积分方法两个重要的成就。
刘徽割圆术是刘徽在几何学中的一项杰出成就。
在中国数学史上，刘徽被尊为“割圆术”之祖。
刘徽割圆术是指通过逐步不断地用正多边形来逼近圆周，从而求出圆周的长度。
刘徽发现，如果一个正多边形的边数不断增加，那么它的周长就会趋向于圆的周长。
这样，他便构造出一个近似于圆周长的方法，成为了一种割圆的技术。
刘徽在这一方法中首次提出了极限思想，也就是不断地逼近某个值。
这种思想在现代数学中被称为极限思想，极限思想被广泛应用于微积分和数学分析等学科领域。
刘徽在割圆术的发展过程中，提出了许多新的思想和概念，对后世的数学发展产生了深远的影响。
在数学中，刘徽的定积分方法是他在微积分领域的又一杰出贡献。
定积分是微积分的一个重要概念，是将一个函数在一个区间上的取值进行求和得到近似于该函数在整个区间上取值的一个方法。
刘徽在其著作中提出了用“无限小”思想来解决问题的方法，并且这种思想在现代数学中得到了广泛的运用。
刘徽的定积分方法为后世的微积分学发展提供了重要的理论基础。
通过刘徽的方法，人们可以将一个问题进行分割，然后逐步求和，得到最终的结果。
这种思想成为了微积分学中的核心思想之一，也被应用于多个领域，包括物理学、工程学和经济学等。
刘徽在割圆术和定积分方法的研究中，提出了许多开创性的思想和概念，为数学的发展作出了巨大的贡献。
他开拓了数学的新领域，丰富了数学的内涵，对后世的数学学科发展起到了关键的作用。
刘徽的割圆术和定积分方法不仅在当时产生了深远的影响，而且对现代数学学科的发展具有重要的启发作用。
刘徽割圆术
（四）建议将3月14日定为祖冲之纪念日 建议将 月 日定为祖冲之纪念日
美国麻省理工学院首先倡议将3日 日 寓意3﹒ ） 美国麻省理工学院首先倡议将 日14日（寓意 ﹒14）定为国际 圆周率日(National p Day)。1736年，瑞士数学家歐拉 (Euler， 圆周率日 。 年 ， 1707 – 1783) 提倡以希腊字母 p (音：pi) 来表示圓周率，p是圓周 来表示圓周率， 是圓周 音 的字頭。直到現在， 的希腊文 perijereia (英文为 periphery) 的字頭。直到現在，p 已 英文为 成为圓周率的专用符號。在这一天，学生们会彼此祝福“ 成为圓周率的专用符號。在这一天，学生们会彼此祝福“圆周率日 快乐！ 快乐！”用大家熟悉的生日歌旋律唱起 happy pi day to you！学 ！ 院众多对圆周率有兴趣的人聚在一起讨论圆周率问题，吃馅饼(英 院众多对圆周率有兴趣的人聚在一起讨论圆周率问题，吃馅饼 英 同音)以及其他各种以圆周率为主题的食物 文pie，与圆周率英文 同音 以及其他各种以圆周率为主题的食物， ，与圆周率英文pi同音 以及其他各种以圆周率为主题的食物， 举行圆周率背诵比赛。 举行圆周率背诵比赛。 全球各地的一些著名大学的数学系，也在3月 日举行 日举行Party庆 全球各地的一些著名大学的数学系，也在 月14日举行 庆 在圓周率日當天， 祝。在圓周率日當天，加拿大滑铁庐大学还会以供應免費的餡餅来 庆祝。而3月14日恰好又是著名的物理学家爱因斯坦 (Albert 庆祝。 月 日恰好又是著名的物理学家爱因斯坦 Einstein，1879 – 1955) 的生日。所以他们还会「择时辰」以庆祝 的生日。所以他们还会「择时辰」 ， 圆周率日：选择在下午1時 分开始庆祝 分开始庆祝， 圆周率日：选择在下午 時59分开始庆祝，它代表 3.14159 (准确至 准确至 六位小数) 的圓周率近似值。 六位小数 的圓周率近似值。
刘徽与“割圆术”
刘徽与“割圆术”（数学家）中国古代从先秦时期开始，一直是取“周三径一”（即圆周周长与直径的比率为三比一）的数值来进行有关圆的计算。
但用这个数值进行计算的结果，往往误差很大。
正如刘徽所说，用“周三径一”计算出来的圆周长，实际上不是圆的周长而是圆内接正六边形的周长，其数值要比实际的圆周长小得多。
东汉的张衡不满足于这个结果，他从研究圆与它的外切正方形的关系着手得到圆周率。
直到后来，魏晋时期的刘徽以极限思想为指导，提出用“割圆术”来求圆周率，既大胆创新，又严密论证，从而为圆周率的计算指出了一条科学的道路。
一次，刘徽看到石匠在加工石头，觉得很有趣就仔细观察了起来。
“哇！原本一块方石，经石匠师傅凿去四角，就变成了八角形的石头。
再去八个角，又变成了十六边形。
”一斧一斧地凿下去，一块方形石料就被加工成了一根光滑的圆柱。
谁会想到，在一般人看来非常普通的事情，却触发了刘徽智慧的火花。
他想：“石匠加工石料的方法，可不可以用在圆周率的研究上呢？”于是，刘徽采用这个方法，把圆逐渐分割下去，一试果然有效。
他发明了亘古未有的“割圆术”。
他沿着割圆术的思路，从圆内接正六边形算起，边数依次加倍，相继算出正12边形，正24边形……直到正192边形的面积，得到圆周率兀的近似值为157/50(3。
14)；后来，他又算出圆内接正3072边形的面积，从而得到更精确的圆周率近似值：π≈3927/1250(3。
1416)。
刘徽割圆术简单而又严谨，富于程序性，可以继续分割下去，求得更精确的圆周率，这就是刘徽发明的“割圆术”。
【读史明理】刘徽的“割圆术”在人类历史上首次将极限和无穷小分割引入数学证明，成为人类文明史中不朽的篇章。
这里包含了最早的极限概念和直线曲线转化的思想，对于后世高等数学的极限理论的发展，具有十分重要的意义。
【知识链接】刘徽（约225～约295年），汉族，山东滨州邹平市人，魏晋期间伟大的数学家，中国古典数学理论的奠基人之一。
在中国数学史上作出了极大的贡献，他的杰作《九章算术注》和《海岛算经》，是中国最宝贵的数学遗产。
《刘徽割圆术》课件
割圆术与极限思想的关系
极限思想是数学中一个重要的 概念，它描述了当某量变化时 ，其极限的存在性。
割圆术体现了极限思想的应用 ，即通过不断增加多边形的边 数，使得多边形的周长无限接 近于圆的周长。
这种极限思想的应用使得刘徽 能够利用有限的手段来逼近无 限的数值，从而得到圆周率的 近似值。
感谢您的观看
THANKS
计算机图形学
在现代计算机图形学中，刘徽割圆术 的思想被广泛应用于生成平滑的曲线 和曲面，例如在制作动画、游戏、电 影等领域。
数值分析
刘徽割圆术中的数值计算方法也被广 泛应用于现代科学中的数值分析领域 ，例如在计算物理、工程等领域中， 可以利用刘徽割圆术的方法进行数值 模拟和计算。
04
刘徽割圆术的局限性与挑战
在数学史上的地位
推动了中国古代数学的发展
刘徽割圆术是中国古代数学发展史上的重要里程碑，它的出现标志着中国古代数学从经验型向理论型的转变。
对世界数学史的影响
刘徽割圆术的提出和应用，不仅对中国古代数学产生了深远影响，也对世界数学史的发展产生了重要影响，为后 来的数学家提供了宝贵的启示和借鉴。
在现代科学中的应用
古代科学技术的局限性
缺乏精确的测量工具
古代科学技术的限制使得刘徽在进行 割圆术时无法获得精确的数值和比例 。
缺乏数学理论支持
受限于经验和实践
由于历史背景和知识体系的限制，刘 徽只能通过直观和实践来验证割圆术 ，这使得其结果的可靠性和准确性存 在一定问题。
当时的数学理论尚未发展到能够完全 支撑刘徽割圆术的证明，这使得该方 法在理论上的可靠性受到质疑。
刘徽割圆术在现代科学中的应用前景
数学建模
刘徽割圆术的基本思想和技巧可以应用 于数学建模中，为解决实际问题提供新 的思路和方法。例如，在物理、工程、 经济等领域中，可以利用刘徽割圆术的 思想来建立数学模型，解决复杂的问题 。
刘徽割圆术求圆面积的过程
刘徽割圆术求圆面积的过程
刘徽首先从圆的内接正六边形开始割圆，然后将边数逐渐增加，照这样一直分割下去，等到不可割的时候，圆的内接正多边形就和圆合二为一了。
然后他将这个正多边形分割成以圆心为原点，以每条边为底的等腰三角形，这些等腰三角形的高和底相乘得出的结果，是它本身面积的两倍。
因此将他们全部相加便是圆的面积的两倍，而这些等腰三角形的底边之和便是圆的周长，因此圆的面积等于圆的周长的一半乘以半径。
刘徽的割补术
刘徽的“割补术”－“出入相补原理”介绍
刘徽，被称作中国数学史上的牛顿，有着相当重要的历史地位。
他著名的割补术解决了一个又一个的数学难题。
用割补术系统的给出了各种图形面积公式的证明。
中国数学家吴文俊先生称刘徽的割补术为“出入相补原理”：一个平面图形由一处移至他处，面积不变。
又若把图形分割成若干块，那么各部分面积和等于原来图形的面积，因而图形移置前后各个面积的和、差有简单的相等关系。
立体图形也是这样。
在这里介绍一下他的“出入相补”原理。
出入相补，也就是“以盈补虚”。
这种以盈补虚出入相补的证明方式从刘徽之后，一直是中国古代数学推导图形面积公式的传统方法。
三角形的面积推导：
梯形的面积推导：。
数学史与数学教育( HPM) 的一个案例———刘徽的“割圆术”与微
数学史与数学教育( HPM) 的一个案例———刘徽的“割圆术〞与微[摘要]刘徽的“割圆术〞是[关键词]刘徽;割圆术;无限;可积?高等数学?[1]在讲授数列极限概念之前,介绍了我国古代数学家刘徽的割圆术中极限思想,进而引入数列极限的描述定义.实际上,刘徽借“割圆术〞方法,凭借其高超的对无限问题的理解和致用的处理方式,以“不可分量可积〞前提、“夹逼准那么〞等知识证明了圆的面积公式,运算中包含着微积分的思想.另外要指出的是,他利用证明圆面积公式所设计出的机械性的算法程序,求得的圆周率的近似值———徽率〔157÷50〕.郭书春先生认为,刘徽在世界上最先把无穷小分割和极限思想用于数学证明.[2]1刘徽的“割圆术〞我国古代数学经典?九章算术?第一章“方田〞中有我们现在所熟悉圆面积公式“半周半径相乘得积步〞.魏晋时期数学家刘徽为证明这个公式,于公元263年撰写?九章算术注?,在这一公式后面写了一篇长约1800余字的注记———“割圆术〞.“⋯⋯割之弥细,所失弥少.割之又割,以至于不可割,那么与圆周合体而无所失矣!觚面之外,犹有余径,以面乘余径,那么幂出弧表.假设夫觚之细者,与圆合体,那么表无余径.表无余径,那么幂不外出矣.以一面乘半径,觚而裁之,每辄自倍,故以半周乘半径而为圆幂.〞[3]2几点注记在证明这个圆面积公式的时候有两个重要思想,一个就是我们现在所讲的极限思想.第二个是无穷小分割思想.2.1数列极限的夹逼准那么刘徽利用割圆术证明圆的面积公式时,用了“夹逼准那么〞(squeezethere).他从圆内接正6边形开始割圆,设圆面积为s0,半径为r,圆内接正n边形边长为ln,周长为ln,面积为sn,将边数加倍后,得到圆内接正2n边形的边长、周长、面积分别记为:l2n、l2n、s2n.刘徽用“勾股术〞得[4]:假设知ln,那么可求出圆内接正2n边形的面积:刘徽认为,“觚面之外,犹有余径,以面乘余径,那么幂出弧表〞:s2ns0sn+2(s2n-sn)=s2n+(s2n-sn),“假设夫觚之细者,与圆合体,那么表无余径.表无余径,那么幂不外出矣.〞lin→∞s2ns0lin→∞(sn+2(s2n-sn))=lin→∞(s2n+(s2n-sn)).即在n趋于无穷大时,圆内接正多边形的面积就是圆面积.2.2折中的无限分割方法关于量可分的两种假定,在2.4目的是证明圆面积公式而非求圆周率刘徽费尽周折,殚精竭虑创立包含着朴素微积分的割圆术,目的只是为证明圆的面积公式,从而他说:此以周、径,为至然之数,非周三径一之率也.为此他同样使用割圆术中的数据,提出了求圆周率近似值的程序.于是得到下表:利用,s2ns0sn+2(s2n-sn)=s2n+(s2n-sn),得到:314×64/625s0314×169/625,由s0=1/2lr,得l≈2s2n/r=628.故π=628/200=3.14.2.5hp的思想科学史上的诸多事实都显示出无穷概念的巨大重要性和深远影响.实数系的逻辑根底在十九世纪末叶才被建立的事实之所以令人惊奇,正是因为人们在理解无穷这个概念上所遇到的巨大困难造成的.对无穷的思考并试图理解它和准确地定义它,是对人类智慧的一个挑战.古希腊以降,无穷的概念就引起了先哲们的注意,但它固有的超越人类有限思维的特征,使得人们对它理解的进展十分缓慢.希尔伯特曾说过,无穷是一个永恒的谜.直到19世纪,柯西和魏尔斯特拉斯给出极限的精确定义为止,人们都无法逾越这一思维中的结症.因为极限的“ε2〞〞的辩证法,包含着从有限到无穷的飞跃,包含着纯洁的数学美.个体的认识规律会“重演〞数学史的开展历程,因此在教学中,学生自然会提出的一系列问题:既然极限描述性定义简单明白,为什么要搞个“ε2〞定义?它与描述性定义有什么不同?数学家怎么会想出这种“乖僻而讨厌〞的定义?正如r·柯朗和h·罗宾所说:“初次遇到它时暂时不理解是缺乏为怪的,遗憾的是某些课本的作者故弄玄虚,他们不作充分的准备,而只是把这个定义直接向读者列出,好象作些解释就有损于数学家的身份似的.〞要弄清这些问题,只有翻开数学史,从哲学的角度认识极限法,这样不仅能帮助我们搞清极限的概念,也有助于建立正确的数学观念.极限的精确定义和是微积分的理论基石.但是要在几堂课内讲清楚困扰人类2000余年极限问题,确实是个难题,hp也许是他山之石.比方通过开辟第二课堂,或在课上,介绍刘徽“割圆术〞中的微积分思想,对极限定义的理解将会大有裨益.[参考文献][1]同济大学数学教研室.高等数学(上册,第四版)[].北京:高等教育出版社,2000,33-34.[2]郭书春.。
刘徽割圆术和物理解题的极限、微元、积分思想
刘徽割圆术和物理解题的微元法“圆，一中同长也。
”纯语文翻译:圆这种图形,有一个中心,从这个这个中心到圆上各点都一样长.数学意义:圆有一个圆心,圆心到圆上各点的距离(即半径)都相等.关于“圜”的定义。
墨子说：“圜，一中同长也。
”(《墨经上》)这里的“圜”即为圆，墨子指出圆可用圆规画出，也可用圆规进行检验。
圆规在墨子之前早已得到广泛地应用，但给予圆以精确的定义，则是墨子的贡献。
墨子关于圆的定义与欧几里得几何学中圆的定义完全一致。
遇到求圆的周长的问题，周长的计算涉及到一个圆周率π，古人根据经验一直沿用“周三径一”。
实践中发现，周三径一并不是圆周长与直径的关系，而是圆内接六边形的周长与直径的比值。
公元三世纪，我国数学家刘徽对这个问题作了深入的研究，运用他的话说：“周三者，从六觚之环耳。
”他在为《九章算术》作注时谈到：“学者踵古，习其谬失。
不有明据，辩之斯难。
凡物类形象，不圆则方，方圆之率，诚著于近，则虽远可知也。
”刘徽进行长期的追本觅源，刻苦钻研，终于悟出其中的真谛实义，创造出震惊中外数坛的“割圆术”。
他是从正六边形开始运算，令边数一倍一倍地增加，边数变为12，24，48，96，192，…，逐个算出六边形、十二边形、二十四形、……的边长，然后乘以边数得到周长，逐步地逼近圆的周长，则正多边形的周长与圆的直径的比值就逐渐接近圆周率。
圆，是由什么样的图形演变而来的呢？《周髀算经》中写道：“数之法出于圆方，圆出于方。
”“环矩以为圆，合矩以为方。
”“方数为典，以方为圆。
”于是刘徽看到了圆与方形的关系，用了下下面的方法证明了《九章算术》中计算圆面积的法则：圆内接正n 边形，其面积，周长，一边分别记为Sn,Pn,a n设AB 是圆内接正6边形的一边，AC是内接正12边形的一边，S OBC=1/2DB*DC=1/4a6*r=1/2P6*r,同理，S24=1/2P12*r对一般情形，有S2n=1/2P n*r,为了确定圆面积的上界，他还提出S2 n < S < S n + 2 ( S2 n - S n ) = S2 n + ( S2 n - S n ) ,得到:314×64/625< S < 314×169/625,由S =1/2L r ,得L≈2 S2 n/r= 628. 故π=628/200= 3.14.在割圆术中刘徽巧妙地运用了“方形好算，圆形难算”这个特点，把圆看成边数是无穷的正多边形，它是未知的，而边形有限的正多边形则是可求的，已知的。
刘徽割圆术和定积分方法
刘徽割圆术和定积分方法引言刘徽（224年-306年），字玄谟，东晋时期著名的数学家、天文学家、历书编纂家。
他在数学领域作出了许多重要的贡献，其中包括割圆术和定积分方法。
本文将详细介绍刘徽的割圆术和定积分方法，并探讨它们在数学发展史中的重要意义。
刘徽割圆术割圆术是刘徽最为著名的数学成果之一，它解决了许多关于圆的问题，尤其是平面几何中与圆有关的构造问题。
原理与方法刘徽的割圆术主要基于尺规作图，具体方法如下：1.在平面上画一横线，作为基准线。
2.在基准线上选取两个不同的点A和B，并连接。
3.以A为圆心、AB为半径，画一个圆，并记为圆O1。
4.在O1上取两个相等的弧长，并用尺子量取得这个弧长。
5.以B为圆心、AB为半径，再画一个圆，并记为圆O2。
6.使O2上的弧长等于步骤4中得到的弧长。
7.连接两个圆的交点和A B两个端点，得到一个正方形。
8.通过割几何构造，将正方形的边长平分，即可得到所需的圆。
应用与意义刘徽的割圆术广泛应用于解决与圆相关的问题，例如构建正多边形、棋盘格问题等。
它的应用范围涉及几何、代数和数论等多个数学领域，并对后来的数学发展产生了深远影响。
刘徽定积分方法刘徽提出了一种计算曲线下面积的方法，即定积分方法。
它的出现填补了求曲线下面积的空白，为微积分的发展奠定了基础。
原理与方法刘徽的定积分方法主要基于无穷累加的思想，具体方法如下：1.将曲线下面的区域近似分成若干个矩形，使每个矩形的面积接近曲线下面积。
2.缩小矩形的宽度，增加矩形的数量，使近似更为精确。
3.取极限，使矩形的宽度无限趋近于0，得到准确的曲线下面积。
应用与意义刘徽的定积分方法为计算曲线下面积提供了一种有效的工具，不仅在几何学中有广泛应用，在物理学、经济学等领域的科学研究中也起到了重要作用。
它是微积分学的基础概念之一，对后来的数学发展产生了深远影响。
结论刘徽的割圆术和定积分方法是他在数学领域的重要贡献，它们不仅解决了许多与圆和曲线相关的问题，还为后来的数学发展奠定了基础。
刘徽和割圆术
刘徽和割圆术中国向来以文明古国自称，谈到中国古代文明，我们一定会说起以“经世致用”为信条，以筹算为主的中国古代数学史。
在这段曲折发展的历史中，我们的古代数学跟其他古文明一样，在一定程度上获得了发展，特别是在算法的深度和广度上有着卓越的发展。
但我们不得不提及，在中国古代长达2000多年的封建制度统治下，数学研究一直停留在计算层面，理论的严谨和系统却不尽如人意，这同时也导致了一些错误的结果的出现。
在这样的数学背景下，刘徽可谓是中国数学史上的一朵奇葩，他有着“为数学而数学”的价值观，曾令中国古代数学的严谨与系统达到前所未有的高度。
下面我将主要介绍刘徽及其最耐人寻味的一段成就——割圆术。
刘徽，生于公元250年左右，是魏晋时人。
他的一生为数学刻苦探求，虽然地位低下，但人格高尚。
他所撰的《九章算术注》是中国最宝贵的数学遗产。
刘徽思想敏捷，方法灵活，既提倡推理又主张直观，是中国最早明确主张用逻辑推理的方式来论证数学命题的人。
他不是沽名钓誉的庸人，而是学而不厌的伟人。
由于篇幅有限，对刘徽卓越的成就不能一一介绍，只能介绍其最耐人寻味的割圆术。
割圆术可谓是中国古代数学的奇迹，在后面与阿基米德求圆面积方法的比较中，您将发现割圆术的精妙与美丽。
在《九章算术》中曾提到“圆田术”---半周半径相乘得积步。
这就是著名的圆面积公式:(1) 其中S 表示圆面积，C 表示周长，R 表示半径。
我们今天可以得出这个公式是正确的，但在《九章算术》中只是提到了这一结论，却未给出严谨的证明。
在刘徽之前人们以圆内接正六边形的周长代替圆周长C ,以圆内接正十二边形的面积代替圆面积S ,用出入相补原理将正十二边形拼补成一个以正六边形的周长的一半作为长,以圆半径作为宽的长方形来推证上述公式。
在今天，我们可以看出用圆内12S CR接正六边形和圆内接正十二边形来近似代替圆是相当粗糙的，但在当时很少有人能指出这一算法的不严谨性，而刘徽却说此方法“合径率一而外周率三也”，一针见血的指出了这一方法的不严格性。
刘徽割圆术所用的极限
刘徽割圆术所用的极限1：历史背景历史倒回公元391年，在埃及的一座城——亚历山大。
当时，由于基督教会内部的矛盾，以及教会与罗马教廷之间的一些列矛盾，一班基督教徒肆虐地用大火毁灭了之前克娄巴特拉女王下令从大图书馆里抢救出来的巨大财宝，在这一场大火下将另外一个收藏着大量希腊手稿的庙——西拉比斯神庙也通通毁灭。
这是古埃及的动荡社会。
追溯古中国的391年，东汉末年已经分裂，此时隋朝尚未建立，正处于历史动荡的魏晋南北朝，天下三分的时代。
在这样一个动荡社会和人文环境里，各国天文官员（古时的数学家）对中国的数学研究也掀起了一股论证的热潮。
古中国是没有特定的数学家的，一些所谓的数学家，也只是一些天文官员，是研究天文的。
但是，这些官员却带给了后代巨大的财富。
当时各种各样的著作一系列发行，其中多数数学家们以注释《周髀算经》或《九章算术》的形式出现，意思是要给出这两部著作中一些重要结论的加以探究并证明。
此时，其中一位的先驱人物便是证明勾股定理的赵爽，他是三国的吴国人。
除此之外[1]公元3世纪，从三国到魏晋的这一时期，我国历史舞台上人才辈出，群英荟萃①，刘徽算是这个时期出现的成就最大的数学家，由于历史的悠久刘徽和赵爽的生死年份已经无法知道，我们可以知道其中重要的一点是：刘徽他也和赵爽一样生活在三国动乱时期，而刘徽是生活在魏国，另外刘徽在263年撰写了《九章算术注》。
这一部著作，留给了中国后代的巨大财宝。
可以这样说，没有刘徽的《九章算术注》，中国的数学历史脚步也无法如此迅速。
2：刘徽的“割圆术”2.1数学意义[2]刘徽的成就之一，便有“割圆术”。
我们一起来看看，刘徽在“割圆”过程所用到的极限。
刘徽的"割圆术"是中国数学史上的重要成就之一,其中包含着中国数学家对无限问题的独特认识和致用的处理方式.很多高等数学教科书在讲述极限概念时大都提及,但所述,并未体现刘徽本意②。
现代数学家经过一系列的研究，可以知道刘徽的"割圆术"是为证明圆面积公式而设计出来的一种方法，注意，这里主要是一种方法，而不是一种公式与定理，古中国是没有定理的。
【推荐下载】论刘徽的割圆术与微积分
论刘徽的割圆术与微积分《高等数学》在讲授数列极限概念之前,介绍了我国古代数学家刘徽的割圆术中极限思想,进而引入数列极限的描述定义.以下就是由小编为您提供的刘徽的割圆术与微积分。
1 刘徽的割圆术 我国古代数学经典《九章算术》第一章方田中有我们现在所熟悉圆面积公式半周半径相乘得积步.魏晋时期数学家刘徽为证明这个公式,于公元263年撰写《九章算术注》,在这一公式后面写了一篇长约1800余字的注记割圆术. ……割之弥细,所失弥少.割之又割,以至于不可割,则与圆周合体而无所失矣!觚面之外,犹有余径,以面乘余径,则幂出弧表.若夫觚之细者,与圆合体,则表无余径.表无余径,则幂不外出矣.以一面乘半径,觚而裁之,每辄自倍,故以半周乘半径而为圆幂. [3] 2 几点注记 在证明这个圆面积公式的时候有两个重要思想,一个就是我们现在所讲的极限思想.第二个是无穷小分割思想. 2.1 数列极限的夹逼准则 刘徽利用割圆术证明圆的面积公式时,用了夹逼准则(Squeeze The orem).他从圆内接正6边形开始割圆,设圆面积为S0,半径为r,圆内接正n边形边长为ln,周长为Ln,面积为Sn,将边数加倍后,得到圆内接正2n边形的边长、周长、面积分别记为:l2n、L2n、S2n. 刘徽用勾股术得[4]: tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
仅供参阅！ 学生在学习数学时，都有一个共同的感受，那就是知识点多、公式多、难以记忆，在做题时不知道用哪个知识点和哪个公式，下面是编辑老师为大家准备的数学教学中点线网的思维模式构建。
众所周知，数学学习注重基础性和连续性，教学中如果教师能够有意识的进行培养和训练，把零散的数学知识点，按其内部的联系分类，再把它们连成线、结成网。
使所学的数学知识系统化、网络化，就可以大大的减轻学生学习过程中的记忆负担，激发和培养学生学习数学的兴趣，强化学生思维的敏捷性，从而提高解决问题的能力，以至达到提高教学成绩的目的。
中国古代数学家刘徽的小故事
中国古代数学家刘徽的小故事
数学家刘徽有一个小故事，那就是他发现“割圆术”的过程。
有一天，刘徽偶然看到石匠在切割石头，看着看着竟觉得十分有趣，就站在一边，细细地观察起来。
刘徽看
到，一块方形的石头，先由石匠切去了四个角，四角的石头瞬间就有了八个角，然后再把这八个角切去，以此类推，石匠一直在把这些角一个一个地切去，直到无角可切为止。
到最后，刘徽就发现，本来呈现方形的石块，早在不知不觉中变
成了一个圆滑的柱子。
石匠打磨石块的事情，每天都在发生，但就是这样的一件小事，让刘徽瞬间茅塞顿开，看到了别人没有看到的事情。
刘徽就像石匠所做的那样，把圆不断分割，终于发明了“割圆术”，为计算圆周率提供了一套严密的理论和完
善的算法。
刘徽与割圆术
②在筹式演算理论方面 先给率以比较明确的定义，又以遍乘、通约、齐同等三种基本运算为基 础，建立了数与式运算的统一的理论基础，他还用“率”来定义中国古代数 学中的“方程”，即现代数学中线性方程组的增广矩阵。 学中的“方程”，即现代数学中线性方程组的增广矩阵。 ③在勾股理论方面 逐一论证了有关勾股定理与解勾股形的计算原理，建立了相似勾股形理 逐一论证了有关勾股定理与解勾股形的计算原理，建立了相似勾股形理 论，发展了勾股测量术，通过对“勾中容横”与“股中容直”之类的典型图 形的论析，形成了中国特色的相似理论。 ④在面积与体积理论方面 用出入相补、以盈补虚的原理及“割圆术”的极限方法提出了刘徽原理， 用出入相补、以盈补虚的原理及“割圆术”的极限方法提出了刘徽原理， 并解决了多种几何形、几何体的面积、体积计算问题。这些方面的理论价值 至今仍闪烁着余辉。
成就
刘徽的成就大致为两方面：
一是清理中国古代数学体系并奠定了它的理论基础。这方面集中体现在《九章算 是清理中国古代数学体系并奠定了它的理论基础。这方面集中体现在《
术注》 术注》中。它实已形成为一个比较完整的理论体系： ①在数系理论方面 用数的同类与异类阐述了通分、约分、四则运算，以及繁分数化简等的 用数的同类与异类阐述了通分、约分、四则运算，以及繁分数化简等的 运算法则；在开方术的注释中，他从开方不尽的意义出发，论述了无理方根 的存在，并引进了新数，创造了用十进分数无限逼近无理根的方法。
刘徽断言“割之弥细，所失弥少，割之又割，以至于不可割，则 与圆合体，而无所失矣”。其思想与古希腊穷竭法不谋而合。割 圆术在圆周率计算史上曾长期使用。1610年德国数学家柯伦用 圆术在圆周率计算史上曾长期使用。1610年德国数学家柯伦用 2^62边形将圆周率计算到小数点后35位。1630年格林贝尔格利 2^62边形将圆周率计算到小数点后35位。1630年格林贝尔格利 用改进的方法计算到小数点后39位，成为割圆术计算圆周率的最 用改进的方法计算到小数点后39位，成为割圆术计算圆周率的最 好结果。分析方法发明后逐渐取代了割圆术，但割圆术作为计算 圆周率最早的科学方法一直为人们所称道。
刘徽和割圆术
刘徽和割圆术中国向来以文明古国自称，谈到中国古代文明，我们一定会说起以“经世致用”为信条，以筹算为主的中国古代数学史。
在这段曲折发展的历史中，我们的古代数学跟其他古文明一样，在一定程度上获得了发展，特别是在算法的深度和广度上有着卓越的发展。
但我们不得不提及，在中国古代长达2000多年的封建制度统治下，数学研究一直停留在计算层面，理论的严谨和系统却不尽如人意，这同时也导致了一些错误的结果的出现。
在这样的数学背景下，刘徽可谓是中国数学史上的一朵奇葩，他有着“为数学而数学”的价值观，曾令中国古代数学的严谨与系统达到前所未有的高度。
下面我将主要介绍刘徽及其最耐人寻味的一段成就——割圆术。
刘徽，生于公元250年左右，是魏晋时人。
他的一生为数学刻苦探求，虽然地位低下，但人格高尚。
他所撰的《九章算术注》是中国最宝贵的数学遗产。
刘徽思想敏捷，方法灵活，既提倡推理又主张直观，是中国最早明确主张用逻辑推理的方式来论证数学命题的人。
他不是沽名钓誉的庸人，而是学而不厌的伟人。
由于篇幅有限，对刘徽卓越的成就不能一一介绍，只能介绍其最耐人寻味的割圆术。
割圆术可谓是中国古代数学的奇迹，在后面与阿基米德求圆面积方法的比较中，您将发现割圆术的精妙与美丽。
在《九章算术》中曾提到“圆田术”---半周半径相乘得积步。
这就是著名的圆面积公式:(1) 其中S 表示圆面积，C 表示周长，R 表示半径。
我们今天可以得出这个公式是正确的，但在《九章算术》中只是提到了这一结论，却未给出严谨的证明。
在刘徽之前人们以圆内接正六边形的周长代替圆周长C ,以圆内接正十二边形的面积代替圆面积S ,用出入相补原理将正十二边形拼补成一个以正六边形的周长的一半作为长,以圆半径作为宽的长方形来推证上述公式。
在今天，我们可以看出用圆内接正六边形和圆内接正十二边形来近似代替圆是相当粗糙的，但在当时很少有人能指出这一算法的不严谨性，而刘徽却说此方法“合径率一而外周率三也”，一针见血的指出了这一方法的不严格性。
刘徽与“割圆术”
Ｏ
ｒ
Ａ
刘徽提出的“ 割圆术” 发展而来 的。刘徽曾为《 九 章算术》 作注 ，割 圆术 ” “ 是他为《 九章算术》 中的 《 田章》 方 里的“ 圆田术” 一文写的注疏 。 在这篇注 疏 中， 刘徽提出了一个计算 圆周率 的算法 。下面 将会看到该算法 中包含了许多创造性 的思想 ， 在 今 天看 来仍有 很 大的启发 意义 。
切
洛 ： 徽 与 “ 圆术 刘 割
周率 的 。那 么如 何 估 计逼 近 误 差 呢 ？ 里刘 徽 又 这
出奇招 ， 参见下图 ， Ａ 以 Ｂ为一边作矩形Ａ Ｄ ， Ｂ Ｅ 使
，＿ 、
Ｄ Ｅ与 Ａ Ｂ相 切 于 Ｍ。
Ｄ
表 ｌ 是用算法 Ｉ 进行计算得到的 ， 可见 当割到 圆的 内接正 １２ 形 时 ， 得 到通 常所 用 的 １的 ９边 就 Ｔ 近似值 ３１。一直计算下去 ， ． ４ 可以知道当割到圆
维普资讯
第ｌ ９卷第 １ 期
Ｖ １ ９１ ｏ． ． １
青海师范大学 民族师范学 院学报
Ｊｕｎｌｆ ｎｒｉ ｅｃｅｓ ｏ ｅｅ ｆ ｉ ｈｉ ｅｃ ｅ ｎｖｒｉ ｏ ｒａｏ ｏｉｅ Ｔ ａｈｒ Ｃ ｆｇ ｎ ａ Ｔ ａｈ ｒＵ ｉ ｓｙ Ｍｉ ｔｓ ｉ ｏＱ ｇ ｓ ｅ ｔ
被 阿拉伯 人 阿尔 ・ 西打破 。祖 冲之 生活 的时期 ， 卡 计 算工 具极 其 落后 ， 么他 是用 什 么 方法 计 算 出 那
来 的呢？ 据史实记 载 ， 祖冲之用 了一种称为 “ 缀 术” 的方法 ， 惜 “ 可 缀术 ” 己失传 。现 在许 多人认 早
为 “ 术 ” 从 我 国魏 晋 时期 另 一 杰 出 的数 学 家 缀 是
求得 的数据进行简单 的修正 ， 就大大提高了逼近
刘徽的“割圆术”与极限教学
龙源期刊网
刘徽的“割圆术”与极限教学
作者：唐群芳
来源：《湖南教育·数学教师版》2009年第02期
刘徽，我国魏晋时的数学家，淄乡(今山东临淄或淄川一带)人。
身世、履历、生卒年代都不见于史籍记载。
他注释了古代经典名著《九章算术》，创造了“今有术”(由三个已知数求出
第四个数的算法，即由a:6=c:x求出x)“割圆术”“球体积计算方法”“重差术”(测量方法)。
在算术、代数、几何及三角(重差术)多方面的独到成就，确立了他在中国数学史上的地位。
他被誉为中国古代杰出数学家的代表，在世界数学史上也有光辉的地位。
他创立的“割圆术”，在新课程改革的一些高中数学教材(如人民教育出版社出版的教材)中都有简单介绍。
因此，如何在高中极限教学中用好“割圆术”这一历史素材，值得我们探讨。
小学数学教材中的数学史――数学家刘徽
小学数学教材中的数学史――数学家刘徽【摘要】刘徽的数学成绩在中国乃至世界数学史上都产生了深远阻碍，人教版小学数学教材别离介绍了刘徽在小数、面积计算、圆周率计算和正负数表示方面的成绩，文章对以上内容作了详细介绍，同时还介绍了刘徽的其他数学成绩，为小学数学教师进一步了解刘徽的数学成绩提供帮忙.中国论文网 /9/【关键词】刘徽；小数；割圆术；负数；阳马术刘徽是我国数学史上一位伟大的数学家，他在数学方面取得的成就在中国乃至世界数学史上都产生了深远影响.他一生取得了许多数学成就，尤其是他在几何、分数、重差术等方面的研究对数学发展具有深刻的意义.基于刘徽对数学发展所做的重大贡献，人教版小学数学教材分别在四年级下册第33页“小数的意义和性质”部分介绍了刘徽对小数发展的贡献（图1）；在五年级上册“梯形的面积”部分介绍了刘徽的“出入相补”原理（图2）；在六年级上册“圆的面积”部分介�B了刘徽的“割圆术”（图3）；在六年级下册“负数”部份介绍了刘徽对负数进展的奉献（图4）.其内容之多仅次于《九章算术》，因此，为了让小学一线数学教师能够更详细地了解刘徽的数学成绩，并将其在教学中进行渗透，以下将结合小学数学教材进一步详细介绍刘徽的数学成绩.一、徽数“徽数”也就是我们今天的小数.公元3世纪左右，刘徽在注解《九章算术》时，我国的长度单位是：丈、尺、寸、分、厘、毫、秒、忽，忽是最小的单位，刘徽在研究中遇到忽以下的数，他没有继续命名，而是创造了十进小数，刘徽称作“徽数”，他在《九章算术注》的方田章圆田术注、少广章开方术注和少广章开立圆术注中分别用到了十进小数.这是世界上对小数的最早认识.[1]二、出入相补原理出入相补原理是指：一个平面图形从一处移置它处，面积不变.即若把图形分割成若干块，那么各部分面积的和等于原来图形的面积，因而，图形移置前后各面积间的和、差有简单的相等关系.立体的情形也是这样.刘徽在《海岛算经》的“测望术”中使用这一原理，历史上这一原理至迟在战国时代就已经被广泛认识和应用了.[2]今天的小学数学教材利用出入相补原理进行三角形、梯形等平面图形面积的推导.三、割圆术割圆术是刘徽为《九章算术》方田章“圆田术”作注时引入的.《九章算术》提出了圆田术：半周半径相乘得积步.这就是圆面积公式：其中S，L，r分别是圆面积、周长和半径.在刘徽之前人们用圆内接正六边形的周长代替圆周长.为了证明这一公式，刘徽提出了割圆术，刘徽从圆的内接正六边形出发，将边数逐次加倍（图5），并计算逐次得到的正多边形的周长和面积.刘徽指出：“以六觚之一面乘半径，因而，三之，得十二觚之幂.若又割之，次以十二觚之一面乘半径，因而，六之，则得二十四觚之幂.割之弥细，所失弥少.割之又割，以至于不可割，则与圆合体而无所失矣.”也就是说，当分割的次数无限增加时，则存在圆内接正多边形面积的极限，此极限就是圆面积，即刘徽计算到了圆内接正192边形，求得圆周率的近似值.他自己也认为“此率尚微少”.[3]南北朝时期的祖冲之算出了圆周率数值的上下限：592 6<π< 592 7一般认为这个“正数”范围的获得是沿用了刘徽的割圆术.事实上，如果按刘徽割圆术从正六边形出发连续算到正24576边形，恰好可以得到祖冲之的结果.[4]四、负数负数一般定义为小于零的数.中国古代没有负数一词，但有“负”（亦作负算）.目前国内外一致公认最早的负数记法出现于中国的《九章算术》.《九章算术》“正负术”中给出正确的负数运算法则，公元263年（魏景元四年）刘徽的《九章算术注》把正与负看成是相对存在的数的两种情况，刘徽指出“正算赤，负算黑.否则以邪正为异”.说明负数可以用黑色算筹或者以斜画的筹表示，刘徽在世界数学史上第一个采取了把数的正负与加减运算关系统一起来的做法.[3，5]五、其他成就（一）阳马术《九章算术》“商功章”阳马术给出阳马的体积公式为其三条直角边乘积的三分之一，即（二）球体积计算刘徽作球的外切立方体，再在立方体内作两个与球半径相同的互相垂直的圆柱，刘徽称这两个圆柱的公共部分为“牟合方盖”（图7）.他指出用水平面去截球和“牟合方盖”所得的面积比为π∶4，因此，球和“牟合方盖”的体积比也为π∶4，只要能够求出“牟合方盖”的体积即可取得球的体积.[8]但是，刘徽没有能够直接求出“牟合方盖”的体积.并将刘徽的思想上升为理论，提出了祖��原理“缘幂势既同，那么积不容异”，[9]即两个等高立体若是在所有等高处的水平截面积相同，那么两个立体的体积相同.（三）重差术刘徽在《海岛算经》中借助于相似勾股形的比例关系和中国古代的“重差术”计算山上的松高，这是刘徽对中国古代重差理论的进一步发展，展示了勾股比例和重差测量的演化历程.[3] 【。
从刘徽的割圆术谈起
从刘徽的割圆术谈起
李伟;王霞;夏国坤
【期刊名称】《大学数学》
【年(卷),期】2012(028)005
【摘要】所谓微积分的基本思想，就是人类的基本认知规律“用‘已知’解决
‘未知”’在解决变量数学时的具体体现；用微积分的思想来指导微积分的教学，能使学生站在一个高的层次，高瞻远瞩的看问题，因此，学点“思想”甚至比多学点知识都更为重要，但是，要使广大教师能在教学中揭示、介绍学科的“思想”，就必须将其融入到教材之中。
【总页数】3页(P133-135)
【作者】李伟;王霞;夏国坤
【作者单位】天津科技大学,天津300222;天津科技大学,天津300222;天津科技大学,天津300222
【正文语种】中文
【中图分类】O13;G420
【相关文献】
1.刘徽的"割圆术"与极限教学 [J], 唐群芳
2.关于刘徽的割圆术 [J], 郭书春
3.刘徽与"割圆术" [J], 切洛
4.从刘徽割圆谈起 [J], 罗程宏
5.数学史与数学教育(HPM)的一个案例--刘徽的\"割圆术\"与微积分 [J], 段耀勇
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
数学史与数学教育( HPM) 的一个案例———刘徽的“割圆术”与微
[摘要]刘徽的“割圆术”是中国数学史上的重要成就之一,其中包含着中国数学家对无限问题的独特认识和致用的处理方式.很多高等数学教科书在讲述极限概念时大都提及,但所述,并未体现刘徽本意.刘徽的“割圆术”是为证明圆面积公式而设计出来的一种方法,其融合了庄、墨两家理解和处理无限问题的方法,并且使用了数列极限的“夹逼准则”和不可分量可积的预设.通过这些相关知识的历史考察,试图以HPM的方法来辅助解决极限概念教学的难题. [关键词]刘徽;割圆术;无限;可积《高等数学》[1]在讲授数列极限概念之前,介绍了我国古代数学家刘徽的割圆术中极限思想,进而引入数列极限的描述定义.实际上,刘徽借“割圆术”方法,凭借其高超的对无限问题的理解和致用的处理方式,以“不可分量可积”前提、“夹逼准则”等知识证明了圆的面积公式,运算中包含着微积分的思想.另外要指出的是,他利用证明圆面积公式所设计出的机械性的算法程序,求得的圆周率的近似值———徽率（157÷50）.郭书春先生认为,刘徽在世界上最先把无穷小分割和极限思想用于数学证明.[2] 1刘徽的“割圆术” 我国古代数学经典《九章算术》第一章“方田”中有我们现在所熟悉圆面积公式“半周半径相乘得积步”.魏晋时期数学家刘徽为证明这个公式,于公元263年撰写《九章算术注》,在这一公式后面写了一篇长约1800余字的注记———“割圆术”. “。