中国古代的无穷小分割思想
刘徽割圆术的赏识与改进建议

刘徽割圆术的赏识与改进建议一、数学文化理念割圆术是由魏晋时期的数学家刘徽首创,所谓“割圆术”是用圆内接正多边形的面积(周长)去无限逼近圆的面积(周长),并以此求取圆周率的方法。
凭借其高超的对无限问题的理解和致用的处理方式,求得的圆周率的近似值徽率(3.14).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。
祖冲之(429-500)在刘徽“割圆术”的基础上,首次将“圆周率”精确到小数第七位,领先世界一千年。
这是中国古代数学家的骄傲,也反映了中国古代数学家的聪明才智和钻研精神。
(1)哲学是一切自然科学和社会科学的概括和总结,数学中充满了辩证法,数学学习需要用马克思主义哲学来指导。
要想深入探索刘徽割圆术,唯有2件武器,那就是马克思辩证思想和数学中的“清晰的直觉”和“严格的演绎”。
刘徽割圆术蕴含着丰富的马克思辩证统一思想,数列极限的学习中不光要学习知识,更重要的是提升辨证思维能力。
直与曲的统一:直与曲是两个完全不同的概念,二者的差别是明显的。
刘徽开创“割圆术”来计算圆周率,以圆内接正多边形的周长去逼近圆的周长,这种方法包含的由直线向曲线转化(以直代曲)和用近似值向精确值逼近的思想,在当时条件下是难能可贵的。
常量与变量的统一:常量与变量是数学中的两个基本概念,这两种量的意义有着严格的区分,但它们又是相互依存,相互渗透,依据一定条件相互转化。
圆的周长(面积)是一个常量,这个常量的计算并非轻而易举,它是通过逐次增加边数的内接正多边形的周长(变量)来实现的,即常量是变量的逼近的极限过程。
有限与无限的统一:有限与无限存在着本质的区别.然而两者之间并非存在不可逾越的鸿沟,而是在一定条件下可以相互转化,正是这种转化使得无限在数学世界中显示威力。
刘徽割圆正是体现有限与无限对立统一思想的例子,在无限的过程中得到了圆的面积或周长。
量变与质变的统一:刘徽割圆术“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.”,内接正多边形的边数越来越多时,它与圆周偏差就会越来越小。
数学无穷思想的发展历程

数学无穷思想的发展历程数学无穷思想的发展历程引言无穷作为一个极富迷人魅力的词汇,长期以来就深深激动着人们的心灵。
彻底弄清这一概念的实质成为维护人类智力尊严的一种需要。
而数学是“研究无限的学科”,因此数学就责无旁贷地担当起征服无穷的重任。
我们在本文中将简要介绍一下数学中无穷思想发展的历程光辉的起点:数学无穷发展的萌芽时期早在远古时代,无限的概念就比其它任何概念都激动着人们的感情,而且远在两千年以前,人们就已经产生了对数学无穷的萌芽认识。
在我国,著名的《庄子》一书中有言:“一尺之棰,日取其半,而万世不竭。
”从中就可体现出我国早期对数学无穷的认识水平。
而我国第一个创造性地将无穷思想运用到数学中,且运用相当自如的是魏晋时期著名数学家刘徽。
他提出用增加圆内接正多边形的边数来逼近圆的“割圆术”,并阐述道:“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。
”可见刘徽对数学无穷的认识已相当深刻,正是以“割圆术”为理论基础,刘徽得出徽率,而其后继者祖冲之更是得出了圆周率介于3.1415926与3.1415927之间的领先国外上千年的惊人成果。
在国外,早在毕达哥拉斯关于不可公度量的发现及关于数与无限这两个概念的定义中已孕育了微积分学的关于无穷的思想方法。
德谟克利特和柏拉图学派探索过无穷小量观念。
欧多克索斯、安蒂丰、数学之神阿基米德所运用的穷竭法已备近代极限理论的雏形,尤其是阿基米德对穷竭法应用之熟练,使后人感到他在当时就已接近了微积分的边缘。
由此,我们可以看到在数学无穷思想发展之初,古人就已在这个领域开创了一个光辉的起点。
首创风波:芝诺悖论虽说,古人对无穷已有了较深刻认识,然而人们对无限的认识是缺乏严密的逻辑基础的。
可以说,对于只熟知有限概念的人们来说“无限”这一概念仍然是陌生与神秘的。
芝诺悖论的提出清楚地表明了这一点。
芝诺,公元前五世纪中叶古希腊哲学家。
他提出的四个悖论虽是哲学命题。
但却对数学无穷思想的发展产生了直接且深远影响。
祖暅原理蕴含的数学思想

祖暅原理蕴含的数学思想祖暅原理(Zeno's Paradox)是由古希腊哲学家祖暅(Zeno of Elea)提出的一系列看似矛盾的思想实验,用来反驳运动概念的存在。
这个原理包括著名的阿基里斯与乌龟、飞箭和宙斯胜者等各种悖论,挑战着人们对于数学和真实世界的理解。
祖暅原理蕴含的数学思想包括无穷和可数性、连续和分割以及极限的概念。
首先,祖暅原理引出了无穷和可数性的问题。
在阿基里斯与乌龟悖论中,阿基里斯要追赶乌龟,但是每次追赶乌龟时,乌龟已经前进了一段距离。
这种无穷的分割过程并没有终点,因此,我们无法得到阿基里斯能够追到乌龟的结论。
这个思想实验暗示了无穷的存在,并且对于无穷的分割过程我们无法有一个明确的终点。
另外,飞箭悖论也表明了物体处于时刻间的瞬时运动,一个物体在每个瞬时中都处于静止状态,因此我们无法准确捕捉到运动的瞬间。
这些悖论启示我们在分析无穷和运动的过程中要注意到无穷分割和瞬时运动的特性。
其次,祖暅原理也反映了连续和分割的概念。
在宙斯胜者悖论中,宙斯在某一时间点上只能做出一个动作,但是假设宙斯要众神合吹一支号角,由于在任意给定的时间点上只能有一个动作,那么合吹号角这个连续的过程是无法实现的。
这个思想实验告诉我们在连续的动作过程中,我们需要将其分割成离散的部分进行研究。
类似地,在阿基里斯与乌龟悖论中,阿基里斯需要赶上乌龟,但是每一次追赶都需要分割成无穷小的步骤。
这些思想实验说明了连续和分割在数学中的重要地位,我们需要逐步进行分析来得到结果。
最后,祖暅原理启发了极限的概念。
对于阿基里斯与乌龟悖论,我们可以看到当走过无限个分割步骤时,阿基里斯最终会追上乌龟。
这个思想实验让我们联想到极限的概念,在无穷步骤中,我们可以无限接近一个确定的数值。
这个思想实验在19世纪成为了微积分学的基石,让人们更好地理解了极限的概念。
类似地,飞箭悖论也暗示了瞬时速度的概念。
飞箭瞬间的运动状态可以看作是无限小的速度,这与微积分中的导数概念相对应。
微积分:无穷小—分析学

(188 + 134)/ 2 = 161
微积分的基本概念
F (x) lim F f (x) x0 x
f (x)dx F(x) C
b
n
a
f (x)dx lim
n x 0
i 1
f (i )xi
F (b) F (a)
从无穷小开始,人类奋斗了 2500 多年。
• 无穷小与微积分思想的萌芽 一、古希腊的穷竭法 二、中国古代的极限思想
Cavalieri 利用这种“不可分量”,进行长度、面积、体 积 的计算及其相关的推理,但是,他未能对“不可分量”作 出严格的论述。数学家们对此褒贬不一。1644年, Cavalieri本 人发现了关于“不可分量”的悖论。
三.Torricelli,Evangelista (1608 ~ 1647)的工作 继承、发展了Galilei、Cavalieri 的思想方法,在求一个无
莱布尼茨在巴黎结识了许多数学家和其他科学家,特别
是与荷兰数学家、物理学家惠更斯的交往,激发了莱布尼茨 对数学的兴趣。他通过研究卡瓦列里、笛卡儿、费马、帕斯 卡和巴罗等的著作,写了许多杂记手稿,发现了微积分方法 的原理,确定了微积分学的基本内容。
的顽固的观念,虽然显得有点粗糙,但是很有启迪意义。
那么 ,ABC 的面积为
设 ABC 的底和高分别 为a、h,将三角形分割成无
限小的平行四边形,它们的
面积从顶点顺序到底边,组 成一个从 0 开始的算术级数, 其末项为
a h
S ABC
1 0 a h
2
a h。 2
• 微积分学的创立
十七世纪,微积分方法已经被许多人掌握,费马、巴罗 被誉为最精通微积分的人;但是,还需要做以下工作:
[资料]中国数学史
![[资料]中国数学史](https://img.taocdn.com/s3/m/7fbd24c532d4b14e852458fb770bf78a65293a1c.png)
中国数学史中国数学史1. 中国数学从公元前后至公元 14 世纪,先后经历了三次发展高潮,即 ___________ 、魏晋南北朝时期以及宋元时期,其中 ___________ 时期达到了中国古典数学发展的顶峰。
3.1 《周髀算经》与《九章算术》 1. 《史记》“夏本纪”记载说:夏禹治水,“左规矩,右准绳”,这里的规是指 ________ ,矩则是指 _____________ 。
2 “一尺之棰,日取其半,万世不竭”出自我国古代名著 ( ) 。
A. 《考工记》B. 《墨经》C. 《史记》D. 《庄子》3. 在现存的中国古代数学著作中,《 ________ 》是最早的一部。
卷上叙述的关于荣方与陈子的对话,包含了 ________ 的一般形式。
4 中国历史上最早叙述勾股定理的著作是《 ______ 》,中国历史上最早完成勾股定理证明的数学家是三国时期的 ______ 。
5 《九章算术》是从先秦至 ___________ 的长时期里经众多学者编撰、修改而成的一部数学著作。
6 、“九数”是指:方田、粟米、差分、少广、商功、均输、方程、赢不足、旁要。
7 、《九章算术》就是从九数发展来的。
8 《九章算术》 " 方田 " 、 " 商功 " 、 " 勾股 " 三章处理几何问题。
其中 " 方田 " 章讨论 _________ , " 勾股 " 章则是关于_________ 。
9 《九章算术》的“少广”章主要讨论()。
A. 比例术B. 面积术C. 体积术D. 开方术10 《九章算术》内容丰富,全书共有 ________ 章,大约有 ________ 个问题。
11. 世界上讲述方程最早的著作是 ( )A. 中国的《九章算术》B. 阿拉伯花拉子米的《代数学》C. 卡尔丹的《大法》D. 牛顿的《普遍算术》12 《九章算术》中 " 方程术 " 的关键算法是 "__________" ,实质上这就是我们今天所使用的解线性联立方程组的___________ 。
无穷小的发展及其认识

摘要微积分是高等数学的基本组成部分,它不仅在高等数学中占有重要地位,而且也是现代化建设和高科技发展不可缺少的有效工具。
而无穷小是微积分理论的最基本概念之一,在微积分理论体系中,无穷小是一个必须要弄清楚的概念。
然而,人们对无穷小的认识却经历了一个漫长的过程。
直到十八世纪,仍然没有较完善的解释无穷小概念。
无穷小是什么?无穷小究竟能不能是零?我们怎样确切地描述它?这些问题引起了数学界乃至哲学界的争论长达一个半世纪。
无穷小问题至关重要,若其不能解决,极限概念就无法建立,微积分理论就不会完善。
到十九世纪二十年代,无穷小概念才有了比较合理的解释。
为了更好地学习微积分理论,掌握现代化科学文化知识,正确认识无穷小量的历史发展根源及其内涵也是非常重要的。
本文主要通过无穷小的历史认识无穷小的地位和价值。
关键词:无穷小量,微积分,发展,认识Development and understanding of infinitesimal Abstract:Calculus is the basic part of higher mathematics, it not only occupies an important position in higher mathematics, and it is also an effective tool to modernization and high-tech development essential. But the infinitely small is one of the most basic concepts of calculus, calculus theory, infinitely small is a must to clarify the concept of. However, people's awareness of the infinitesimal has experienced a long process. Until eighteenth Century, there is no perfect interpretation of the concept of infinitesimal. Infinitesimal is what? Infinitesimal what can not be zero? How can we describe it exactly? These problems caused by the mathematics community and philosophical debate for 1.5 century. Essential infinitely small problem, if not solved, the concept of limit cannot be established, calculus theory is not perfect. In nineteenth Century twenty time, the idea of infinitesimal is relatively rational explanation. In order to better learning calculus theory, master the modern scientific and cultural knowledge, causes the historical development and connotation of the correct understanding of infinitesimal is also very important. In this paper,the historical understanding through infinitesimal infinitesimal status and value.Keywords: infinitesimal calculus, development, understanding目录一、引言 (1)二、无穷小的发展及历史过程 (1)(一)无穷小概念的产生 (1)(二)牛顿和莱布尼茨对无穷小量的认识 (2)1.牛顿与无穷小量 (2)2.莱布尼茨与无穷小量 (3)(三)莱布尼茨和牛顿对无穷小的异同 (6)(四)无穷小量在第二次数学危机中的原因 (6)(五)无穷小的最后完善 (8)三、无穷小在数学中的应用 (9)(一)定义中的无穷小 (9)(二)无穷小量性质 (9)(三)在近似计算中的无穷小 (10)(四)函数极限中的无穷小 (13)(五)无穷小的比较在判别正项级数的敛散性中的应用 (14)(六)无穷小量在1 型极限中的应用.............. 错误!未定义书签。
论刘徽的极限思想
论刘徽的极限思想中国古人在进入文明以前就已经形成了数与形的原始思维,自秦汉以来更是出现了大量数学应用方面的相关著作,例如《考工记》中就有对于数学在手工业工艺技术上的应用的描写;《周易》中八卦筮卜的计算流程等等。
在这些著作中首屈一指的便是《九章算术》及它的注文。
刘徽所著的《九章算术》注文中表述了他的主要数学思想,虽然限于注文的形式使得他的数学思想表述得不够直接,但是非常深刻,可以说刘徽的《九章算术》奠定了中国古代数学的理论基础,对中国古代数学思想的发展起了关键性的集成促进作用。
极限思想(或者说无限思想)是刘徽最重要的数学思想之一,他更是将极限思想具化为数学方法并在数学中加以运用的第一人,这一点是具有世界历史意义的。
另外值得关注的是,刘徽在《九章算术》注文中,可以说在所有需要极限思想来解决的问题都使用了明确的极限方法。
由此我们可以得出,刘徽的极限思想在当时已是极为成熟了。
在刘徽的注文中,他直接用到无限过程的只有阳马术注和割圆术,我们便以此为例来探讨刘徽的极限思想。
㈠、阳马术注中的无限过程这是刘徽在为“商攻”章阳马术作的注文提出来并加以证明的关于体积公式的最基本原理。
从阳马术原文开始:今有阳马,广五尺,袤七尺,高八尺。
问积几何。
答曰:九十三尺少半尺。
术曰:广袤相乘,以高乘之,三而一。
这个算法可以表示为:Vy=1/3*abh(a/b分别为阳马底面的长和宽,h为阳马的高)在证明从一般情形下的一个堑堵(斜割长方体后所得的直三棱柱)中分割出来的阳马(一棱垂直于底的四棱锥)和鳖臑(各面为直角三角形的四面体),其体积之比为2比1的定理(吴文俊称之为刘徽原理)时,采取这样的步骤:首先,把堑堵的三度分割成两半,成为一些小的阳马、堑堵和鳖臑,然后重新组合,便得到在原堑堵的四分之三中阳马和鳖臑所占体积之比为2比1,那就只要考虑余下的四分之一部分中情况了,由于这四分之一部分又是二个与原堑堵结构完全一样的堑堵,于是刘徽又可以进行同样的分割,然后重新组合这些更小的形体,这样他又证明了在这四分之一部分的四分之三中,阳马和鳖臑的体积之比为2比1,这个过程可以不断地进行下去,然后“半之弥少,其余弥细,至细曰微,微则无形,”即无限进行分割的结果最后得到一个“至细”“无形”的东西,刘徽认为“安取余哉”,即可以舍弃了。
中国古代数学中的极限思想开题报告
毕业论文开题报告信息与计算科学中国古代数学中的极限思想一、选题的背景、意义(所选课题的历史背景、国内外研究现状和发展趋势)微积分是近代数学产生的标志之一,而其中极限概念与极限方法是近代微积分学的基础。
美国学者C.B.波斯湾耶在他的《微积分概念史》一书中,多处指出在古希腊数学中没有产生极限概念和使用过极限方法,但在古代东方的中国,早在春秋战国时期就有了极限思想的萌芽,对宇宙的无线性与连续性已有了相当深的认识;到三国魏晋时期,我国著名数学家刘徽受到秦汉的极限思想的启迪,继承并发展了极限思想,在为《九章算术》作注时,最先创造性地把极限思想引入数学,成为数学方法,这种方法在圆田术和阳马术得到了充分的发挥和广泛作用,可以说为微积分的产生准备了必要的条件(参见文献[1][2])。
本次论文设计针对极限思想的萌芽、发展到完善过程,以及其在古代数学中应用和影响做较为全面的探讨。
数学中有很多重要的思想和方法,比如极限思想就是人们认识无限运动变化的伟大结晶,是联系初等数学和高等数学的一条重要的纽带[3]。
这种思想和方法的运用,扩大了人们的思维空间,产生了许多重要的结论和经典故事。
而极限又是高等数学中最重要的概念,高等数学许多深层次的理论及其应用都是极限的延拓与深化。
作为研究函数最基本的方法——极限方法,早在古代就有比较清楚的描述,其在古代数学中的应用也有很多具体实例。
因此,结合国外的极限思想的应用实例,对中国古代极限思想的理论及实际应用进行研究十分必要。
以中国为代表的长于算法的东方数学和以希腊为代表的长于逻辑的西方数学, 是雪白梅香, 各有所长(参见文献[4])。
我们知道, 极限概念是微积分的最重要概念之一。
数学家们如果一开始因为无穷小的概念不严格而放弃它, 那么微积分就不会诞生。
当时的微积分是建立在经验观察或并不很审慎的直观的基础上的, 以在天文力学上的实用性为其后盾。
这和中国学者走的道路类似。
到了19世纪, 微积分开始严格化运动, 它要求高度演绎。
极限的发展史
极限的发展史从极限思想到极限理论极限的朴素思想和应用可追溯到古代,我国古代哲学名著《庄子》记载着庄子的朋友惠施的一句话:“一尺之棰,日取其半,万世不竭。
”其含义是:长为一尺的木棒,第一天截取它的一半,第二天截取剩下的一半,这样的过程无穷无尽地进行下去。
随着天数的增多,所剩下的木棒越来越短,截取量也越来越小,无限地接近于0,但永远不会等于0。
中国早在2000年前就已能算出方形、圆形、圆柱等几何图形的面积和体积,3世纪刘徽创立的割圆术,就是用园内接正多边形的极限时圆面积这一思想来近似计算圆周率π的,并指出“割之弥细,所失弥少,割之又割,以至不可割,则与圆合体而无所失矣”,这就是早期的极限思想。
到17世纪,由于科学与技术上的要求促使数学家们研究运动与变化,包括量的变化与形的变换,还产生了函数概念和无穷小分析即现在的微积分,使数学从此进入了一个研究变量的新时代。
到17世纪后半叶,牛顿和莱布尼茨在前人研究的基础上,分别从物理与几何的不同思想基础、不同研究方向,分别独立地建立了微积分学。
他们建立微积分的出发点使直观的无穷小量,极限概念被明确提出,但含糊不清。
牛顿子发明微积分的时候,合理地设想:t∆越小,这个平均速度应当越接近物体在时刻t时的瞬时速度。
这一新的数学方法,受到数学家和物理学家欢迎,并充分地运用它解决了大量过去无法问津的科技问题,因此,整个18世纪可以说是微积分的世纪。
但由于它逻辑上的不完备也招来了哲学上的非难甚至嘲讽与攻击,贝克莱主教曾猛烈地攻击牛顿的微分概念。
实事求是地讲,把瞬时速度说成是无穷小时间内所走的无穷小的距离之比,即“时间微分”与“距离微分”之比,是牛顿一个含糊不清的表述。
其实,牛顿也曾在著作中明确指出过:所谓“最终的比”不是“最终的量”的比。
而是比所趋近的极限。
但他既没有清除另一些模糊不清的陈述,又没有严格界说极限的含义。
包括莱布尼茨对微积分的最初发现,也没有明确极限的意思。
因而,牛顿及其后一百年间的数学家,都不能有力地还击贝克莱的这种攻击,这就是数学史上所谓第二次数学危机。
中国古代数学思想与方法
中国古代数学思想与方法
中国古代的数学思想可说是一个发展漫长的历史进程,从周代开始形成,到春秋时期的确立,再到秦汉时期的繁荣,甚至上至晚清时期的发展。
古代中国数学思想构成了一套独特的体系,不仅对中国文化和社会的发展
起到了重要作用,而且对后世的古代数学思想也产生了深远的影响。
古代中国数学思想最早可以追溯到先秦时期,最为早期的古代数学思
想发展主要集中在三个方面,一是关于“数论”的思想,二是关于“几何学”的思想,三是关于“四分法”的思想。
而这些思想都极大地丰富了古
代中国数学思想的内容,并形成了独特的体系。
数论是古代中国数学思想的一个重要分支,主要涉及数的定义、数的
分类、数的基础知识等内容,它也是中国古代数学思想的一个重要分支。
数论的思想源于古代中国文化不断地探索数字的本质,为有效解决实际问题,古代中国学者们研究出了一系列的思想,如《九章算术》、《秦九章》、《算经》等。
几何学是古代中国数学思想的另一重要分支。
古代中国的数学学者们
探讨几何学的思想,以及相关的术语和方法,如覆线圈、曲线、线段等,
并将其应用于实践中,如《九章算术》、《九章图形》、《秦九章图形》等。
最后,古代中国数学思想中还有关于“四分法”的思想。
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中国古代的无穷小分割思想
3世纪中期,魏晋时期的数学家刘徽首创“割圆术”,
所谓“割圆术”,是用圆内接正多边形的面积去无限逼近圆面积的一种思想。
刘徽是魏晋期间我国伟大的数学家,中国古典数学理论的奠基人之一。
他在为《九章算术》做注,提出“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”。
即通过圆内接正多边形细割圆,并使正多边形的周长无限接近圆的周长,南北朝时期祖冲之在刘徽的研究基础上将圆周率精确到了小数点后七位。
这个结果是当时世界上圆周率计算的最精确的数据,比欧洲人要早一千多年,同时,刘徽的“割圆术”是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……
【课程思政元素与课程内容结合点】
极限是高等数学中重要的概念,我国古代数学文化体现了极限思想的发展过程。
早在我国古代战国时期已有极限的雏形,《庄子
·天下篇》中记录了我国伟大哲学家思想家庄子的极限思想:“一尺之锤,日取其半,万世不竭”,也就是说一根柱子,每天取其一半,可以无穷尽的取,这体现了分割的思想,蕴含了高等数学中的极限思想,庄子的无限分割思想也为后人解决问题提供了灵感。
至东汉时期,我国古代数学中的极限思想已经发展成熟。
古代数学家刘徽在《九章算术》中提出“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”,也就是现有的“割圆术”,
它的思想是通过圆内接正多边形细割圆,当多边形的边数无限增加时,内接正多边形的周长可近似看做是圆的周长。
同学们细想这是不是也是一种极限思想,通过无限分割,无穷累加来近似得到圆的周长。
刘徽通过“割圆术”——中国极限思想将圆周率精确到小数点后三位,这是当时世界上圆周率最精确的数据。
南北朝时期数学家祖冲之又在刘徽研究的基础上,将圆周率精确到了小数点后7位,这一成就比欧洲人要早一千多年。
刘徽的“割圆术”是人类史上首次将极限和无穷小引入数学证明的一种方法。
通过我国古代数学极限思想“割圆术”的发展历程,同学们会发现我国古代文化取得的巨大成就,中国文化的博大精深,结合这个例子我们应该更加坚定文化自信,尊重和弘扬中华优秀传统文化。