刘徽及其割圆术
汉《九章算术》已经提出了圆的面积公式:“术曰:半周半径相乘得积步。”设圆的周长是L,半径为r,那么圆的面积为:
九章算术中圆的面积公式
中国古代从先秦时期开始,一直是取“周三径一”(周长:直径=3:1)的数值来进行有关圆的计算。即将π用3代替,显然误差很大。
我国魏晋时期数学家刘徽于公元263年撰写《九章算术注》,创造了著名的割圆术,使圆周率精确度大大提升。“割圆术”,则是以“圆内接正多边形的面积”,来无限逼近“圆面积”。刘徽形容他的“割圆术”说: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。
最终刘徽求得了圆周率的近似值3.1416,南北朝时期的祖冲之又将圆周率精确到小数点后第七位,这一结果一直领跑世界一千一百年。
中国古代的数学虽然也有闪光点,割圆术中明显含有极限过程及无穷小的思想,但不像古希腊建立起了严密的演绎体系,这些缺乏严格的推理证明。这也与古代中国重应用而轻理论有关,就拿著名的《九章算术》而言,其中收集了246个与生产、生活实践有联系的应用问题,其中每道题有问(题目)、答(答案)、术(解题的步骤,但没有证明),有的是一题一术,有的是多题一术或一题多术。更多的是讲方法,为了实践服务的。
2.定积分求圆的面积
在平面直角坐标系中,圆的面积方程为:
用定积分即可计算出其面积: