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刘徽(约225—295),济南邹平人,魏晋时期伟大的数学家,中国古典数学理论的奠基人之一。
刘徽的杰作《九章算术注》和《海岛算经》,是中国最宝贵的数学遗产。但令人遗憾的是,刘徽在历史上却没有留下详细的生平史料。对于他的一生经历后人所知甚少,有些东西甚至没有定论。根据各种史料里的一些零星的记载,只能大致推断他的生活年代主要是在三国时期。
北宋末期的大观三年(1109),宋王朝将在算学上有成就的数学家,加封为五等爵位,并且造像于礼部算学的“两庑”,其中刘徽被封为“淄乡男”。被加封的人的爵位名基本上符合受封者的籍贯,凡是能查核的都符合实际或有根据。据此刘徽被封为“淄乡男”的“淄乡”应该是他的籍贯。北宋时,今山东邹平隶属于淄州,治所在今淄博市淄川区,淄乡镇是淄州下属的一个小镇(今邹平境内)。
刘徽一生深究数学,将富贵名利置之身外,达到了“得官不欣,失位不恨,处逸乐而欲不放,居贫苦而志不倦,淫读古文,甘闻异言世书俗说,多所不安,幽处独居,考论实虚”的境界。
他虽然地位低下,但人格高尚。他不沽名钓誉,而是学而不厌,将中国古代数学推向了一个新的高度,给我们中华民族留下了一笔宝贵的数学财富。
刘徽对数学近乎痴迷,经常会在一些日常的生活现象中发现问题。据说刘徽在计算圆周率找不到好方法时,偶然看到石匠把石料从八边形变成十六边形,最后变成了圆柱。这本是不起眼的事情,可刘徽却独具慧眼,联想到计算圆周率也可以用类似的方法,终于发明了割圆术,在世界上把圆周率计算精度提高到了一个新的水平。
刘徽思想敏捷,方法灵活,既提倡推理又主张直观。他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。
刘徽的数学著作,留传后世的很少,所留均为久经辗转传抄之作。
《九章算术》是中国流传至今最古老的数学专著之一,它成书于西汉时期。这部书的完成经过了一段较长的历史过程。书中所收集的各种数学问题,长期以来经过多人删补、修订,最后由西汉时期的数学家整理完成。《九章算术》是中国古代最重要的一部数学经典著作,它的完成奠定了中国古代数学发展的基础,在中国数学史上占有极为重要的地位。现传本《九章算术》共收集了246个应用问题和各种问题的解法,分别隶属于方田、粟米、衰分、少广、商功、均输、盈不足、方程、勾股九章。《九章算术》的产生是社会发展和数学知识长期积累的结果,它汇集了不同时期数学家的劳动成果。《九章算术》在许多方面:如解联立方程,分数四则运算,正负数运算,几何图形的体积面积计算等,都属于世界先进之列。
刘徽在幼年时就学习过《九章算术》,成年后又继续深入研究,在魏景元四年(263)注《九章算术》,并撰《重差》作为《九章算术》注第十卷(唐初以后,《重差》以《海岛算经》为名单行)。刘徽的数学成就完整地保留在他为《九章算术》所作的注释中。可以说,刘徽注的《九章算术》是我国古代数学上的又一伟大成就。在刘徽的注中有着许多丰富多彩的创见与发明。
在这些注释与证明中,显示了刘徽在数学上众多方面的创造性贡献。他是世界上最早提出十进小数概念的人,并用十进小数来表示无理数的立方根。在代数方面,他正确地提出了正负数的概念及其加减运算的法则,改进了线性方程组的解法。在几何方面,提出了“割圆术”,即将圆周用内接或外切正多边形穷竭的一种求圆面积和圆周长的方法。他利用割圆术科学地求出了圆周率=3.1416的结果。刘徽提出的计算圆周率的科学方法,奠定了此后千余年来中国圆周率计算在世界上的领先地位。
刘徽治学态度严谨,为后世树立了楷模。在求圆面积公式时,在当时计算工具很简陋的情况下,他开方即达12位有效数字。他在注释“方程”章节18题时,共用一千五百余字,反复消元运算达124次,无一差错,答案正确无误。刘徽说:“析理以辞,解题用图”“谨按图验”“按图为位”等,从中可见,他在其著作中大量使用了图形,然而我们后来见到的传本《九章算术》注释,连一幅插图也没有,很显然是丢失了。主持南宋重刻工作的鲍浣之说:“其图至唐尤存,今则亡矣。”刘徽注《九章算术》时所绘的图形大约失传于五代时期,这不能不说是一大遗憾。
刘徽沿袭我国古代的几何传统,使之趋于完备,形成具有独特风格的几何体系。如果说《九章算术》本身建立了中国古代数学理论的框架,刘徽《九章算术》注的出现,标志着中国古代数学理论体系的完成。刘徽在《九章算术》的数学框架基础上加以精心改造,为其注入了新的血肉和灵魂,使其形成了一个以计算为中心、以演绎推理为主要逻辑方法的理论系统。
刘徽也因此而成为我国古典数学理论的奠基者之一。吴文俊先生说:“从对数学贡献的角度来衡量,刘徽应该与欧几里德、阿基米德等相提并论。”无论从哪个方面讲,刘徽对于中国古代数学的贡献都是无与伦比的。他赋予了中国古代数学以全面性、客观真理性、逻辑性等一个理论体系所必须具备的几项要素,开辟了中国古代数学理论化的道路,从而成为中国传统数学理论的奠基人。
刘徽是数学史上的一位伟人,是当之无愧的世界数学泰斗。有人认为,在刘徽的时代,很难在世界范围内找到一位能够与他相提并论的数学家。
(夏婷)