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刘徽

数学家 · 《九章算术注》作者 · 割圆术创立者

刘徽是三国曹魏时期的数学家,约三世纪人,生卒年不详。他于魏景元四年(263年)完成《九章算术注》,提出“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”的割圆术,求得圆周率近似值 3.1416(后世称“徽率”)。他是中国古代数学由经验算法走向理论证明的关键人物。

生卒约三世纪(生卒年不详)
籍贯淄乡说待考(一说今山东邹平)
身份数学家 · 注释家
代表作《九章算术注》《海岛算经》

生卒年传统说法“225—295”为后人推定,非确证,本页不写为确定年份;“山东邹平人”系后人据《宋史·算学祀典》等材料考定的“淄乡”说,非本人自述,亦非同时代明确记载。

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割圆术与中国数学的理论自觉

刘徽生活在三国鼎立的曹魏,是曹操统一北方、华北重归一统之后成长起来的一代学者。他的生平几乎不见于史传:姓名之外,生卒年、籍贯、官职皆无确证,唯一确切的纪年,是他自序中明记的魏景元四年(263年)——这一年他完成了《九章算术注》。

《九章算术》成书于汉代,原书只有术文(算法)而少论证。刘徽“幼习《九章》,长再详览”,为之作注时不满足于给出答案,而要“敷析以究其意”:每一条算法为何成立,他都要给出证明。由此他创立了割圆术,以圆内接正多边形逼近圆,求得圆周率近似值 3.1416(后世称“徽率”);提出“微数”——十进小数的早期运用;发明重差术测高望远;论证了勾股定理与诸多立体体积公式;更以“牟合方盖”坦承球体积问题超出当时的计算能力,“敢不阙疑,以俟能言者”。

刘徽的意义在于方法论:中国古代数学在他之前多为“术”,即解决问题的程序;自刘徽起,有了对“术”本身的证明与批判。他把极限思想、逻辑论证带入数学,使《九章算术》从一本实用手册变成一部有理论体系的著作。五个世纪后,祖冲之沿着他的割圆术把圆周率推进到小数点后七位,完成了他未竟的事业。

以注传世的一生

约三世纪(具体年份不详)

刘徽 出生

生年无确证。传统说法“225年”为后人推定;据其自序“幼习《九章》”及263年成注推算,近人研究认为约生于三世纪二十年代后期至240年间。待核。 近人考证

约三世纪中叶

洛阳测日影(一说)

一说他曾至洛阳,测量日影以验算历法。此说见于近人著述,非本人自述或同时代记载,仅作一说。 后世追述

魏景元四年(263年)

完成《九章算术注》

刘徽自序明记“景元四年”作注。这是他生平唯一确切的纪年节点。注中除注释原文外,创立割圆术、重差术,论证勾股定理与多种立体体积,系统阐述正负数运算法则。 本人著作

约三世纪晚期

刘徽 去世

卒年无考。传统“295年”说为后人推定,无确证,不作定论。 后世追述

注《九章》而立新论

《九章算术注》(263年)

刘徽为汉代《九章算术》所作注释,是中国古代数学理论化的奠基之作。原序自述:“徽幼习《九章》,长再详览。观阴阳之割裂,总算术之根源,敷析以究其意,庶尽以后之览者。”——他为每一条算法补上证明,使“术”有了“理”。

割圆术与徽率

刘徽最著名的创造。以圆内接正六边形起算,逐次倍增边数逼近圆周:“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。”他算至192边形得圆周率近似值 3.1416,后世称为“徽率”。此前东汉张衡曾取 3.16 为率,刘徽首次给出了有严格论证的精密值,并指出《九章》旧率“周三径一”的粗疏。五个世纪后,祖冲之沿此法算至12288边形,将圆周率精确到 3.1415926 与 3.1415927 之间,并给出约率 22/7、密率 355/113。

“微数”——十进小数的早期运用

刘徽在注少广章开方术时,以十进位表示开方不尽的余数,称之为“微数”(如以寸、分为单位逐级细分)。这是十进制小数思想的早期运用。本页用其原文术语“微数”,不直接套用现代“十进分数”概念。

重差术与《海岛算经》

原为《九章算术注》之“重差”一卷,以表望、矩望、参望等法测高望远:立两表而测海岛之高,所谓“重差”。唐初李淳风等整理算经时将其单行,称《海岛算经》,列入唐代算学教材。今本凡九问,其与原“重差”卷的文本关系待核。

勾股定理的证明与“刘徽原理”

刘徽注勾股章时,给出了勾股定理“出入相补”的图形证明:以弦为边的正方形,可由勾、股各自为边的正方形经割补拼合而成。他在论证立体体积时提出“阳马居二,鳖臑居一,不易之率也”——后人称之为“刘徽原理”,是出入相补原理在立体几何中的运用(“刘徽原理”为后人概括之名,非其本人命名)。

方程术与正负数

刘徽注方程章,系统论述了正负数的加减运算法则与“方程术”(以算筹布列、消元求解联立方程组),相当于后世的高斯消元法。他明确区分“正”“负”二算,为负数的合法运算奠定了基础。

牟合方盖与“敢不阙疑”

注开立圆术时,刘徽构造了“牟合方盖”(两圆柱正交之公共部分),指出球体积与牟合方盖之比为 π∶4,但以当时之力无法精确求出牟合方盖体积,于是坦承:“敢不阙疑,以俟能言者。”——把未能解决的问题留给后人。约二百年后,祖冲之之子祖暅之据此完成了球体积公式,正是回应了刘徽的“阙疑”。

“事类相推,各有攸归”

刘徽的方法论自觉,出自《九章算术注》:“事类相推,各有攸归,故枝条虽分而同本干者,知发其一端而已。”——同类事物可以互相推演,各有归属;枝条虽分而同出一干,知其一端即可贯通全体。这是他为数学建立理论体系的纲领。

从徽率到火星地名

刘徽之后,中国数学沿着他开辟的道路前行。唐代李淳风等编定《算经十书》,《九章算术注》与《海岛算经》列为算学教材,唐代国子监明算科即据此授课;其重差测望之术在东亚沿用千年。祖冲之父子直接继承了他的割圆术与牟合方盖,把圆周率与球体积推进到新的高度——中国古代数学史上最辉煌的一页,起点正在刘徽的注文里。宋代沈括在《梦溪笔谈》中评议过刘徽的会圆术,并提出了自己的弧矢算法——刘徽之说在千年之后仍是被讨论、被超越的对象。

2021年8月,国际天文联合会(IAU)批准中国“天问一号”团队的申请,将火星乌托邦平原着陆区附近的一处地貌命名为“Liu Hui”(刘徽),与一批中国古代科学家命名并列。这是现代科学对他跨越十七个世纪的致意。

争议与辨伪:①生卒年“225—295”——此为后人推定之说,非确证,不可作定论写;近人研究据其自序推算生年约在三世纪二十年代后期至240年间,卒年无考。②籍贯“山东邹平”——后人据《宋史·算学祀典》祀刘徽于算学等材料,考定其先世封地“淄乡”在今山东邹平一带,非本人自述,亦非同时代明确记载,不宜写成无争议出生地。③“刘徽原理”为后人对其立体几何出入相补思想的概括命名,非其本人所称。④《海岛算经》今本与原“重差”卷的文本关系,学界仍在考订,待核。

资料来源

  1. 刘徽《九章算术注·原序》及注文(“割之弥细”“敢不阙疑”“事类相推”等引文出处)
  2. 《海岛算经》(原为《九章算术注》“重差”卷,唐初单行)
  3. Global-Sci《刘徽生平考》类研究论文:明确“刘徽生平不详”,生年推至三世纪二十年代后期至240年间,籍贯“淄乡、今山东邹平”为学者考定
  4. 维基百科“Liu Hui”条目(生卒争议与著作流传的线索级参考)
  5. 郭书春等今人校点、研究《九章算术》注本(割圆术与牟合方盖的文本依据)

本页依据刘徽《九章算术注》原文与《海岛算经》整理;生卒年、籍贯、洛阳之行等异说与待核项均已注明出处与可信度。百科条目仅作争议梳理的线索,不直接作为事实依据。