刘徽割圆术与其切割方法

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  一、刘徽割圆术
  刘徽是我国古代数学家,他在数学上的重大贡献是对《九章算术》的详细整理,从此之后,这本书才有了实本。 他在《九章算术》中求圆周率是由圆内接六边形起算,用语言概括就是:“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。”我们把它称为刘徽割圆术。 他的思想后来得到祖冲之父子的推广,从而使得中国古代数学绽放出夺目的光彩。
  把刘徽割圆术用现代数学语言来表达,就是:有一个半径是1的圆O,作内接正六边形(如图1),ABCDAEF正六边形的面积是三角形ABO的面积的六倍,由于AB=DA=1,OT=
  二、不同的分割法
  上面我们都把X轴上的距离等分,然后来进行计算。但有时候,应用等分来计算反而很困难。通过以下的例子,可以更清楚的了解这一点。
  我们提出一个和前面类似但更一般的问题,来研究曲线y=xm在X轴上所盖的面积,这里m是不等于-1的实数,如图10。
  当m是整数,例如m=3,4,…,我们可以利用杨辉三角求出,但当m不是整数时,要写出这个和的具体表达式是十分困难的。 因此我们运用其他的方法。在刘徽割圆是时,是用正多边形来作为圆的近似图形,而在求抛物线在X轴上所盖的面积时,就用了很多矩形拼凑起来的折线图形作为近似图形了。 因此,不同的分割方法是不影响问题的结果的。我们可以不用等分的方法来进行求解。
  这样一来,CD这件并不是等分了,而是越靠近C的分得越小 ,越靠近D的分的越大图11。但是当分点越来越稀释,每一段得长都趋于零。
  照这样分割以后,矩形Mk-1Nk-1PkMk的面积是 aqk-1(q-1)(aqk-1)m=(q-1)(aqk-1)m+1。
  把这些矩形拼凑起来得到的图形成为ABCD的近似图形,这个图形的面积是
  Sn=(q-1)(aq1-1)m+1 +(q-1)(aq2-1)m+1+…+(q-1)(aqn-1)m+1
  =(q-1)am+1[1+qm+1…+(qm+1)n-1]
  =(q-1)am+1
  显然Sn是小于ABDC的面积S的,而且可以看出,这个近似图形也遵循刘徽割圆的原理。
  为了要求的上面这个数值,我们分一下几个步骤来进行。
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