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中国古代的极限思想
时间:2022-11-02 作者:殷红燕 点击:

     

中华文明历史悠久,中华文化博大精深、源远流长,中国古代数学也一样有着辉煌的成就。华罗庚先生说过,中华民族是最擅长数学的。作为微积分学的基础的极限理论直到19世纪才得以完善,但是极限思想的萌芽可以追溯到大约两千五百年前,在中国和西方都展现出了极限的思想。而我国是世界上最早产生极限思想和应用极限思想的国家。

早在春秋战国时代(公元前770——前221),《庄子·天下篇》 中有这样一句:“一尺之棰,日取其半,万世不竭”。意思就是说:一尺长的一根木棒,如果每天截下一半,永远都取不完,这样的过程可以无限地进行下去。另外,在《墨子·经下》中有也有一句:“非半弗斫,则不动,说在端。”这句话的意思是说,一条线段从中点分为两半,取其一半冉破成两半,仍取一半继续分割,直到不可分割时就只剩下一个点。这些体现出了古人对无限思想的认识,蕴含了朴素的、直观的极限思想。


魏晋时期(公元3世纪),我国的数学家刘徽在《九章算术注》中写到:“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。”这里“觚”是正多边形,“面”是正多边形的边,“幂”是正多边形的面积。刘徽的方法就是先做一个圆内接正六边形,然后平分每组对边的弧,作出圆的内接正十二边形,同样的方法继续作圆的内接正二十四边形、四十八边形……正多边形的边数越多,即所谓“割之弥细”,圆的面积与正多边形的面积相差就越少。当分割次数无限增加,也就是正多边形的边数无限增大时,正多边形将与圆重合。用我们今天的说法就是圆内接正多边形面积的极限即为圆面积。这就是刘徽著名的割圆术,割圆术是极限思想在几何上的应用。




祖率在西方直到1573才由德国人奥托得到,1625年发表于荷兰工程师安托尼斯著作中,欧洲称之为安托尼斯率。祖冲之的圆周率保持了千年之久,直到 15 世纪才被阿拉伯数学家阿尔·卡西打破 , 计算到小数点后 17 位。


祖冲之和他的儿子祖暅编写了一本名为《缀术》的专著,这本书在唐代初期被选作国子监算学馆的教材之一。据说《缀术》的内容十分艰深、是唐朝算学中最难的课本,所以习者寥寥。在北宋元丰七年(1084年)时‚便已经失传,非常可惜。《缀术》中有云:“缘幂势既同,则积不容异”。意思是说:如果两个立方体的所有等髙的横截面积全都相等, 那么这两个立方体的的体积一定是相同的。这正是“不可分量”思想的延续。这个原理我们称之为“祖暅原理”,在微积分里被西方称为卡瓦列里(Cavalieri)原理。祖暅原理的发现比卡瓦列里原理早1000 多年。 祖暅承袭了刘徽的思想,利用祖暅原理求出“牟合方盖”的体积,进而利用“牟合方盖”求出了球体的体积,解决了刘徽所遗留的问题。


《缀术》代表了当时数学的最高水平价值,但是由于已经失传,我们无法得知其内容。有学者认为《缀术》中会蕴含极限思想,因为“缀” 本身字就有“连续”之含义。

刘徽、祖冲之都是我国历史上杰出的科学家。他们的科学发现与创造是我国古代科技发展成就的重要代表之一,他们的研究对于人类社会的发展做出了极 大的贡献,他们的卓越贡献对世界都有着深刻的影响。

本文只是介绍了中国古代数学成就中关于极限思想的一小部分,中国古代数学的成就远远不止于此。在悠久的历史长河中,我们有先进的科技文化,有无数卓越的数学家,我们曾是数学领域的领跑者。虽然今天,在某些方面我们略有落后,但是只要有信心、不放弃、勇攀登,相信我们必然会崛起!


作者:殷红燕;编辑:胡军浩;审核:李海涛;上传:刘鹍。