数学家趣味故事:分月饼引发的分数知识——数学家刘徽的故事

刘徽——中国数学史上一个非常伟大的数学家,他的杰作《九章算术注》和 《海岛算经》是中国最宝贵的数学遗产。今天就由童乐福科学网给同学们带来这个分月饼引发的分数知识趣味故事吧。

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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,老夫人吩咐给众人发放月饼。

这时刘家总管胡大对刘老夫人说到:“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,我们不妨借此消遺消遣,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》及他自已提出的解法、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。

与同学们共勉:

学如逆水行舟,不进则退。——古谚。

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