书城童书故事中的科学(人生解密)
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第19章 分月饼引发的分数知识

一年一度的中秋节到了,在一个幽静的庭院里,西汉人刘徽一家人坐在一起,举杯庆祝、欢度佳节。酒过数巡,老妇人吩咐给众人发放月饼。这时刘家总管胡大对刘老妇人说到:”今年我们买的月饼不算多,我算来算去,老夫人、几位老爷和夫人可以每人分到一块,其余的小辈们还有8位,就只能去分剩下的7块月饼了。“老夫人点点头,道:”那就按你说的这么分吧。“于是胡大先恭恭敬敬地给老夫人、老爷和夫人每人发了一块月饼,轮到小辈们时,刘老夫人突然说道:”且慢,既然是过中秋节,我们不妨借此消遣消遣,我出个题目给你们做:这7块月饼分给8个孩子,既要分得均匀,又要块数最少,该怎么切?“刘老夫人的话音刚落,刘徽的弟弟就抢着说:”这有何难?您把7块月饼摞起来切四刀,每块就都成了8小块,一共56小块,我们每人取7小块,不就行了吗?“老夫人摇摇头,说:”这倒也是办法,不过不见得好,想想看,它符合‘块数最少’的要求吗?“说完以后,大家都盯着这几块月饼,不约而同的沉默了。正在这时,一个清亮的声音说道:”我想是这样的,我们每人应得7/8块月饼,这个分数可用分子都是1的三个分数表示为1/2+1/4+1/8,那么,7块月饼可以这样切……“说着,这个年轻人信手在纸上画出这样的图形。

老夫人一看,每个人都可以取1/2块,1/4块和1/8块,既分得十分均匀,块数又少,于是大喜,赞不绝口道,”妙!妙!这个法子实在是妙!“原来这个聪明的年轻人,就是我国西汉时著名的数学家刘徽。他使用的这种分法,即使用分子为1的分数相加得出,早在古埃及人们就已经使用了,因此它们又叫做”埃及分数“。比如碰上2/5,就用1/3+1/15表示,碰上3/7,就用1/4+1/7+1/28或1/6+1/7+1/14+1/21表示。

刘徽是中国数学史上一个非常伟大的数学家,他从小就聪颖好学,善于思考。刘徽最重要的贡献是写了著作《九章算术注》和《海岛算经》,这两部书都是我国最宝贵的数学遗产。

《九章算术》约成书于东汉之初,共有246个问题的解法。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,但因解法比较原始,缺乏必要的证明,而刘徽则对此均作了补充证明。在这些证明中,显示了他在多方面的创造性的贡献。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。

刘徽在数学上的贡献极多,在开方不尽的问题中提出”求徽数“的思想,这方法与后来求无理根的近似值的方法一致,它不仅是圆周率精确计算的必要条件,而且促进了十进小数的产生;在线性方程组解法中,他创造了比直除法更简便的互乘相消法,与现今解法基本一致;并在中国数学史上第一次提出了”不定方程问题“;他还建立了等差级数前n项和公式;提出并定义了许多数学概念:如幂(面积)、方程(线性方程组)、正负数等等。刘徽还提出了许多公认正确的判断作为证明的前提。他的大多数推理、证明都合乎逻辑,十分严谨,从而把《九章算术》及他自己提出的解法、公式建立在必然性的基础之上。虽然刘徽没有写出自成体系的著作,但他注《九章算术》所运用的数学知识实际上已经形成了一个独具特色,包括概念和判断并以数学证明为其联系纽带的理论体系。

刘徽在割圆术中提出的”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“,这可视为中国古代极限观念的佳作。《海岛算经》一书中,刘徽精心选编了九个测量问题,这些题目的创造性、复杂性和富有代表性,都在当时为西方所瞩目。刘徽思维敏捷,方法灵活,既提倡推理又主张直观。他是我国最早明确主张用逻辑推理的方式来论证数学命题的人。刘徽的一生是为数学刻苦探求的一生。他不是沽名钓誉的庸人,而是学而不厌的伟人,他给我们中华民族留下了宝贵的财富。