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。