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《自然科学史研究》
1995年第14卷第1期第12-21

 Studies in the History of Natural Sciences  Vol.14, No.1(1995),p.12-21

刘徽的无限思想及其解释*

                              邹大海

                (中国科学院自然科学史研究所,北京100010)       

        该文包括两方面的内容。一是从无限分割过程、不可分量可积性、有限过程等几个方面重新考察了刘徽的无限思想,力图澄清此课题的研究中存在的若干误解。二是从中国古代数学传统,刘徽的思想渊源特别是他受墨家、道家和玄学思想的影响等方面对刘徽利用无限思想处理问题的方式进行解释。

         关键词 刘徽,无限思想,解释 

         分类号:  O112

   在中国古代数学史上,刘徽的无限思想占有非常重要的地位。近年来关于刘徽无限思想的本身已有很多研究,对其思想渊源亦有一些论述,但仍有一些问题有待于进一步的探讨。本文拟在前人工作的基础上,重新考察刘徽的无限思想,并通过分析他所受的哲学思想的影响,来解释刘徽利用无限思想来处理问题的方式。

刘徽注中的无限过程

    刘徽直接用到无限过程的只有阳马术注和割圆术[1]

    1.1  阳马术注中的无限过程  刘徽在证明从一般情形下的一个堑堵(斜割长方体后所得的直三棱柱)中分割出来的阳马(一棱垂直于底的四棱锥)和鳖臑(各面为直角三角形的四面体),其体积之比为21的定理(吴文俊称之为刘徽原理)时,采取这样的步骤 [①] :首先,把堑堵的三度分割成两半,成为一些小的阳马、堑堵和鳖臑,然后重新组合,便得到在原堑堵的四分之三中阳马和鳖臑所占体积之比为21,那就只要考虑余下的四分之一部分中情况了,由于这四分之一部分又是个与原堑堵结构完全一样的堑堵,于是刘徽又可以进行同样的分割,然后重新组合这些更小的形体,这样他又证明了在这四分之一部分的四分之三中,阳马和鳖臑的体积之比为21,这个过程可以不断地进行下去,他说“半之弥少,其余弥细,至细曰微,微则无形,由是言之,安取余哉?”[3]无限进行分割的结果最后得到一个“至细”“无形”的东西,它刘徽认为可以舍弃不要了!

    瓦格纳认为刘徽实际上使用了极限方法,但在观念上还遇到很大困难[4]。不知是不是瓦氏误解了反问句的意思,其实这反问是正面的肯定。我们认为在刘徽的观念里把分割到最后得到的“至细”“无形”的东西弃而不取不存在什么困难。这不仅因为刘徽在任何地方都没有表现出他对自己的处理有什么疑虑,而且这还可以从他的思想渊源上得到解释 [②]

  首先,刘徽受墨家的思想影响很深[5]。墨家“非半弗斤”的命题,认为分割的不断进行最后得到一个“端”,而“端”是没有大小、量度为零、但又不是什么都没有的东西。由于刘徽要考虑的是分割到最后所得到的东西的体积,所以,从他受墨家思想的影响看,刘徽把那个最后得到的东西的弃而不取(实际只是不取其体积),不存在什么观念上的困难。

  其次,从道家思想传统看,也不存在刘徽对自己的处理产生怀疑的思想背景。刘徽这里用的“微”和“无形”两个概念,在刘徽之前已有密切的关系。《荀子·赋》说“知”“精微而无形”[6],瓦氏本人也注意到今传本河上公《老子注》有“无形曰微”之语[7]。郭书春指出[8]刘徽此语脱胎于《庄子·秋水》“河伯曰:世之议者皆曰,‘至精无形……。’……北海若曰,‘……夫精,小之微也;……夫精粗,期于有形者也;无形者,数之所不能分也;不可围者,数所不能穷也’”[9]一段。这里,不仅“微”和“无形”通过概念“精”联系起来,而且充分体现了道家强调精微细小到极点就“无形”,“无形”就没有具体事物的规定性的思想。《庄子》说“无形者,数所不能分也”,认为“无形”便不能用数量来表示它的大小,从小这一方面来说,就是小到没有大小、没有体积可言。既然如此,刘徽把分割至最后得到的“至细”“无形”的东西的体积视为零,也就顺理成章了。处在王弼等玄学家提倡“贵无”的时代,万物始于“无”而复归于“无”的思想在当时影响甚剧,刘徽对自己这种处理问题的方式,是不存在怀疑其是否合理的思想背景的。

    1.2  割圆术中的无限过程  刘徽用割圆术证明“半周半径相乘得积步”的圆面积公式时,从内接正六边形(“六觚”)开始割圆,依次得到内接正十二边形(“十二觚”)、正二十四边形(“二十四觚”)、……,“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”[10],认为割圆到最后得到一个和圆重合的正无穷多边形。他把这个和圆重合的多边形(“觚之细者”)分割成无限多个小三角形(有人认为刘徽是把多边形分割成筝形,这似是而非。诚然,在求正6边形面积时,刘徽分割成3个筝形来处理,求正12边形面积时他也是分割成6个筝形来处理,等等;但是刘徽说“以一面乘半径,觚而裁之”,这个“觚”是不可再割的极限状态下与圆重合的觚,“一面”乃是此觚之一边,它乘半径,当然不会是另一个由两个更小的三角形组成的筝形的面积,否则此觚就还可再割了。而从行文来看,也是按此觚之一边来“裁”的,此一边已是分割到最后所得的一边。至于6边形分成3个筝形来处理之类,实为具体计算之方便),由于每个三角形的面积的是其底边与圆半径乘积的一半,于是,刘徽就可以合并求和而得到这个正无穷多边形的面积公式,从而也就得到了圆的面积公式。

    利用边数增加的圆内接正多边形逼近圆,当边数增加到无穷多时,这个正无穷多边形就和圆重合,这种处理并非始于刘徽。公元前5世纪的安提丰(Antiphon)探讨化圆为方问题时,先作一个内接多边形,例如一个正方形,然后作每一边的中垂线各交圆于一点,把每一点和与之相邻的正方形的顶点联结起来,于是得到一个正八边形,按照这样的方式不断进行下去,最后他得到一个多边形,其边和圆弧重合,圆便为它所穷尽了[11]。梁宗巨[12]、王青建[13]认为刘徽把边数不断增加的正多边形看成和圆越来越接近,以至最后与圆重合的思想,和安提丰的思想相一致 [③]

   值得注意的是安提丰的方法在古希腊被认为逻辑不缜密而遭到了抨击,亚里士多德甚至认为安提丰的作法不值一驳[14],攸多克索(Eudoxus,公元前4世纪)改造安氏的方法,避免了无限概念的直接使用,符合希腊人对逻辑严密性的要求,其方法一直为古代西方数学所采用,并对近代数学产生了深远的影响;但是刘徽对他的方法则没有表现出什么不满意,从现有材料看,甚至整个中国古代都没有人怀疑过刘徽割圆术的合理性。刘徽的态度可以从以下方面得到解释。

  首先,刘徽的这种处理是比较符合直观的。从6边形到12边形、到24边形、……,在这样越来越接近圆面积的趋势中,圆以多边形代替,所失的面积会越来越少,这样他就很自然的会觉得多边形和圆会越来越接近重合。我们知道,讲求直观是中国古代数学的传统。郭书春认为刘徽割圆术受司马迁“汉兴,破觚而为圆”之说的影响,而其实物原型乃是工匠把带有棱角的原材料加工成圆形[15]。刘徽从工匠的实际工作的中受到启发,获得其方法,是与中国古代数学讲求实际的特点相吻合的,而在这样的传统下,由于它来源于实际,所以更不容易被怀疑。刘徽对符合直观的方法比较信赖,还从他的其它注中能得到映证。

    《九章》“勾股”章葛缠木问:“今有木长二丈,围之三尺。葛生其下,缠木七周,上与木齐。问葛长几何?[16]刘徽用笔管缠青线模拟葛缠木,然后解开来看,发觉每周之间都相间成勾股弦(笔管的周长和线两圈之间的距离分别为股和勾,线一周的长为弦),由此他解释了《九章》以木长为股,木围的七倍为勾(刘徽说在这里《九章》的术把勾和股颠倒了),然后求弦便得到葛的长度的术的合理性。

    如果说葛缠木问还真可以把曲的拉直的话,那么要把曲池拉直就只能凭想象了。刘徽注曲池(上下底面都是环田的立体)体积公式时说要把它“引而伸之”,实际会得到一个楔形体,曲池的底面的内外周长(所谓“中外周”)便变为楔形体的底面的长,而广、高或深不变,于是他把曲面体化成了(平面)多面体了。但是,在他的思想中如何“引而伸之”,则语焉不详。

    这样化曲为直,应该说其理论的根据是不足的。刘徽没有对这样的作法表示怀疑,也说明他对那种从直观中获得的知识的信任,进而也更说明他对自己大胆利用无限思想来处理问题是放心的(当然,要用无限分割的方法,解决这两个问题是很困难的)

  其次,从墨家传统看,刘徽的处理也比较好理解。《墨经》中“无穷不害兼,说在盈否”的命题,按郭书春的解释,具有这样的意思:一个含有无穷多个部分的整体,只要一个部分都不缺,就不会影响这个整体[17],虽然我们不能肯定这个解释是否一定符合《墨经》作者的原意,但后世学者从这样一个表述笼统的命题中获得某种思想是可能的,何况这个解释与《墨经》其它地方所表现的无限思想也不相矛盾。按照这个解释,在圆不可割状态下与之重合的无穷多边形,被分解为无穷多个三角形求和,是完全没有问题的;这无穷多个三角形只要一个不落就对无穷多边形、因而也就对圆的面积不会有影响 [④]

  此外,割圆术割圆到最后达到不可再割的极限状态,从道论传统看,达到无限的状态是不可言论、没法追究的,因而刘徽对割圆术满足于直观也就足够了。

    刘徽大胆地直接用无限过程来处理数学问题,而没有什么顾虑,这与古希腊学者大不一样。这一方面是由于刘徽时期及其以前不存在怀疑无限观念的传统,另一方面这也与中国古代数学注重实际,讲求直观的传统相一致。刘徽在无限过程的运用上,其思想和墨、道两家是一脉相承的。

  刘徽的不可分量的思想

  除无限分割外,刘徽还利用不可分量可积的思想处理问题。在他的观念里,线可以看成是由一系列点组成的,面可以看成是由一系列线组成的,体可以看成是由一系列面组成的[18]。他在注圭田(等腰三角形)术时说的“中平之数”,就是组成圭田的平行于底(广)的一系列线段的平均值;在注环田(圆环或夹在二半径间的圆环部分)术时说的“中平之周”也是组成环田的一系列同心圆()的平均值;而在注城、垣、沟、堑、渠(都是底为等腰梯形的直棱柱)的体积公式时所说的“中平之广”则是组成底面梯形的一系列平行于梯形底边的线段的平均值。

    刘徽把立体看成是由一系列面积组成的,这实际是他根据比较两个立体任意等高处的截面积来确立它们的体积是否相等的思想基础。祖暅之在刘徽工作的基础上研究球体积问题,他说“夫叠棊成立积,缘幂势既同,则积不容异”[19]。他一方面说“叠棊成立积”,另一方面又说“幂(面积)势”怎么怎么,认为要根据截面积“幂”来确定立体体积的情况。虽然“棊”和“幂”具体是怎样的关系,尚难说定;不过,由于“棊”也正如郭世荣认为的存在于观念之中[20] [⑤] ,所以并不妨碍我们认为祖暅之把立体看成是由面积叠合而成的。祖氏的话透露出面积为体的思想思想来源于对实际中把有一定厚度的薄的东西一层层地叠合成厚的东西的工作的抽象,同时也反映了刘徽叠面成体的思想来源。

  这样一来就出现了这样的问题:组成面积的线段是不是有一定数量的宽度,组成体积的面是不是有一定数量的厚度呢?刘徽对此没有明说,考虑到他的割圆术和阳马术注中表现出的无限分割思想,我们认为这些线段或截面是被当做没有具体数量的宽度或厚度的来对待的。否则由这些具有一定数量的宽度或厚度的线段或面积,是不能构成真正理想的三角形或圆锥这一类图形的 [⑥] 。这样一来则又出现了这样的问题:我们现在都说零加零还是零,刘徽能毫不迟疑地认为这样一些线段或面积可以积为面或体吗?

  我们认为,这在刘徽那里,并不会存在什么困难。前面已经说过这种观念来源于对实际经验的抽象,这是中国古代数学的传统。从墨家和刘徽自己处理圆及阳马术问题的观念看,无限分割最后会得到一种没有具体数量的量度的东西,它是原来图形的组成部分,这当然有助于形成和接受点积为线、线积为面、面积为体的思想。而墨家“儇 秪”的命题,认为环在地上滚动与地都接触,把环上的点和直线上的点对应起来,这也是很容易促成接受线由点组成的思想的。再者,从道论和魏时王弼“贵无”的哲学角度看,这种思想也是容易接受的。道论认为“有”能从“无”中生出来,又会复归于“无”,道(“无”)这样无限小的东西和有限的东西具有一定的可比性,有限和无限是能沟通起来的。在这种情况下,点积为线、线积为面与面积为体是可以理解的。刘徽的这种观念还能由司马彪的思想得到映证。

  《庄子·天下》记载惠施有“无厚不可积也,其大千里”的命题。钱宝琮的解释为“积累线段不能成面,积累面不能成体”[21]。这是一种不可分量不可积的观念。司马彪给这个命题作注时说“物言形为有,形之外为无,无形与有相为表里。故形物之厚,尽于无厚,无厚与有同一体也。其有厚大者,其无厚亦大。高因广立,有因无积”[22]。说“有厚”和“无厚”的关系如同表里,他似乎是从物体(“形物”也就是“有厚”)的边界来考虑“无厚”的,这样就形象地把“有厚”和“无厚”联结起来,进而他认为“无”可以积为“有”。司马彪卒于晋惠帝末年,时年六十[23],可见他生于245年前后,和刘徽大致同时而稍晚 [⑦] 。这反映出当时认为“无厚”的东西可以积为“有厚”之物的思想,不仅比较符合直观,而且是在当时“贵无”的玄学思想氛围之下比较容易形成和接受的一种观念。

  从有限过程看刘徽的无限思想

    3.1 刘徽的求微数法  《九章算术》“少广”章的开()方术有“若开之不尽者,为不可开,当以面命之”[24]的话,开立方术也有类似的话。刘徽作注也相应发表了一些看法。对此,有人认为中算家懂得存在开方不尽的新数,这种数称为“面”,相当于定义了一个无理数。这种观点证据是不足的,但推翻了传统认为的“以面命之”是“以定法加借算”或“不加借算”的错误观点。李国伟论证了“‘面’的使用并没有硬性规定限制在不可开的情形,‘开尽’与‘开不尽’的区别,除了反映有些是平方数、有些不是平方数外,似乎还没有引导出对更深层次差异的认识”[25]。的确,“面”只是利用对开方的几何解释定义的一个方根,这从刘徽给开()方作注时说的:“求方幂之一面也”[26],和给开立方术作注时说的:“立方适等,求其一面也”[27],可以明白地看出来。而刘徽针对“开之不尽”的情况所说的“令不加借算而命分,则常微少;其加借算而命分,则又微多。其数不可得而定。……故惟以面命之,为不失耳”[28],也只是说明刘徽认识到“加不加借算命分”都得到的不是精确值,只有就用被开方数的方根表示才是精确的,至于是不是一定不存在其他任何精确的表示,则语焉不详(反正他没有找到)。如果说《九章》只是认识到开方存在着不同的情况的话,刘徽和他的前人则对这些情况进行了讨论。前人提出“以借算加定法而命分”的方法,刘徽认为“虽粗相近,不可用也”[29],他又考虑到“不加借算而命分”和“加借算而命分”都不精确,总是比精确值要么多一点,要么少一点,“其数不可得而定”,这说明刘徽比前人更深一层地认识到要精确表示“不可开”数的方根的困难。接着他提出一种更为精确的表示方根近似值的方法,即求微数法:“不以面命之,加定法如前,求其微数。微数无名者以为分子,其一退以十为母,其二退以百为母。退之弥下,其分弥细,则朱幂虽有所弃之数,不足言之”[30]。这里有两点值得注意,一是刘徽求微数法是“不以面命之”的一个方法,刘徽既以为“惟以面命之,为不失耳”,则他自己当不以求微数法为完全精确的方法。其次,他认为求微数一直求下去被弃的数就会越来越小,求出来的方根就会越来越接近真实值。但是他并没有无限进行下去,而是在还余下一个“不足言之”的数时就停了下来,所以有人说求微数法是用十进分数无限逼近方根,这是不对的。刘徽既弃掉一个“不足言之”的数,又认为求微数法不是完全精确的方法,当然求微数法就不可能是无限逼近方根的。也就是说刘徽的求微数法虽然可以无限地进行下去,但他只进行到能达到所需精度的有限步就停了下来。

  可见,刘徽虽然对开方不尽的问题理解比前人深刻,但中国古代数学太注重于实际的传统的确是限制了对理论问题作更深层次的探讨,因而也阻碍了无理数的发现。当然,能否发现无理数还与刘徽“一者数之母”的观念有密切关系。

  郭书春认为刘徽“一者数之母”的观念“使他可以毫无顾忌地求任何数的精确值或精确近似值,甚至开方不尽时,求十进分数”,这样就关上了“彻底认识无理数的大门”[31]。李国伟则认为“通过彻底追寻公度的单位,才会体认出不可公度的矛盾”,“如果刘徽真正能彻底坚持‘一者数之母’的主张,也许就能明确的界定出不可公度量的特性”[32]。应该指出,这两种观点并没有实质性的对立,只是考虑问题的角度不同而已。让我们来考察一下刘徽的思维取向吧。

  “一者数之母”的主张,不是从来就有的。中国古代广泛存在着“一以统众”的思想,如《管子·轻重》提出“天下之数,尽于轻重”[33],把古代统治者所推行的政治和经济措施,全用“轻重”(“轻重”原指钱币的轻重,此书“轻重”已广泛用于表示各种数量关系[34])二字统御起来;而道论更是把一切都置于道的统领之下,至王弼他一方面说“演天地之数,所赖者五十。其用四十有九,其一不用也;不用而用以通之,非数而数以之成,即易之太极也”[35],认为“一”是统一包括数在内的一切的“太极”而“一”本身不是数;一方面又说“一,数之始而物之极也”,“一,少之极也”[36],虽然这里已隐约含有“一为万物之母”而且“一”也可以是数的思想,但这是一种非常模糊的观念。刘徽在这种“一以统众”的思想氛围之下,从前人的思想和自己的数学实践中提炼和升华出“一者数之母”的原理来,这条原理,一旦在他的工作中得到大量的验证,而没有遇到什么困难,是很难想到要怀疑它的。中国古代数学以实用为目的的传统,大大削弱了探求理论基础的动力,而“一者数之母”作为古代数学的原理,正好消除了达到其目的时可能出现的顾忌。事实上,在求微数这个比较容易引导出无理数发现的问题上,中国数学和希腊数学的思维取向几乎是倒过来了,我们似不能指望刘徽在这个问题上完全摆脱其传统的阴影。因为要从开方程序的连续不断进行中寻求矛盾,这本身就是一个需要摆脱无限过程才比较好解决的问题,也就是说这里需要的是如何推导出与“一者数之母”矛盾的命题来。而要研究开方程序的无限进行到底会出现什么情况,需要耗费大量的精力去检验、考察开方到位数很多的情形,而在这些有限情况下获得的结论并不能保证在无限的情况下也能成立。至于对那种难以捉摸的对无限情况的想象,则更容易让人把握不住应该抓到什么来作为本质的基础的东西从而引出矛盾来。所以我们认为“一者数之母”的命题,对刘徽来说它消除了求微数法的后顾之忧,而从整个中国数学史的发展角度看,它则阻碍了无理数的发现。

  当然,正如李氏已经提到的,要导致无理数的发现,还可能有别的途径,关键在于诱导出逻辑上的矛盾来。然而这既不是中国古代数学的传统,在中国思想史上也不占重要的地位。刘徽明显受墨、道、儒家的影响,但他似未受名家思想的影响。司马彪在给名家的一些命题作注时,往往带有道家和玄学的色彩,有时甚至是支持与名家相反的观点。如他给“轮不 展地”作注时说“地平轮圆,则轮之所行者迹也”[37],反而说轮是和地面接触的,轮过留下“迹”;又我们上面讲到的他注惠施“无厚不可积也”的命题时说了一大通,也是支持其反面的观点。

  把求微数的过程无限地进行下去,并不能找到什么办法用一个有限的公式来表示这个结果,况且要把那些微数一个一个地列举完毕,也是不可能的。所以如果没有有效的归谬法,设想刘徽要把这个过程无限地进行下去,也不会得出明确的结论来。下面讨论的刘徽弧田术注也是这种情形。

  3.2 弧田术注  刘徽弧田术注中的分割过程过去常常被认为是一个无限的过程。郭书春认为只是“极限思想在近似计算中的应用”[38],这是比较正确的。虽然刘徽可以无限地进行下去,但他没有那么做,这也体现出他受以实用为目的的传统的影响。不过,和求微数法相似的是,如果无限分割下去,不仅这种计算没法完结,而且他也恐怕不知有什么用了。这和割圆术是大不一样的,按照割圆术的思想,他把无限过程进行到底然后分割合并,可以得到简明的公式;而把弧田术注的分割无限进行到底,他是没法得到简化的公式的,由于对那些大小不一的三角形他只能一个一个的相加,但这是没法加完的,所以他永远也得不到一个真正精确的值。从这一点来说,刘徽只进行到能得到所需精度的有限步,的确是明智之举。   

  弧田术注和求微数法都是把一个可以无限进行的程序只进行了有限步就停了下来。这两个问题的情形和割圆术及阳马术注都不一样,后两个问题的程序无限进行到底能把问题简化,而前两个问题随着程序的进行,计算会越来越复杂,而如果程序进行到了无穷步,由于没有办法把各个步骤的计算列举完毕,这对解决实际问题是毫无俾益的,但这对研究无限却很有意义。事实上,如果刘徽充分考虑一下他认为求微数程序的不断进行所得到的数会越来越接近方根的真实值,与他认为求微数法不是完全精确的方法之间是不是存在某种矛盾,也许会得到一些意想不到的启示,可是刘徽却并没有把程序进行到底。可见他之于无限,也只是把它作为处理问题的手段和方法,而没有把它本身作为研究的对象。刘徽仍然没有摆脱中国古算讲求实际的传统的影响,在他的方法能满足实际需要之后,去探讨无限的更深层问题的动因就大大减弱了。加之比较成熟的归谬法也没有发展起来,因而刘徽没能从求微数法中引导出不可公度的思想来,这是不足为怪的。

  结  语

    我们看到,刘徽不怀疑无限观念的合理性,也没有回避无限过程的使用。他认为连续不断的分割能进行到底最后达到不可再分割的状态。刘徽超越前人的地方是他天才地将无限过程成功地运用于数学证明,特别是他的阳马术注展示了他所具有的非凡的高难技巧。在刘徽那里,不可分量构成几何图形和“无厚”可积的观念取得了合法地位,并成为他成功地用于处理面积、体积问题的某些方法的基础。

    刘徽的无限思想有很直观的一面,这是中国古代数学的传统。刘徽在一些地方应用无限过程而在另一些地方不用,而都能心安理得,这说明他的工作态度基本上是:采用甚么方法取决于不同问题的需要。

    刘徽的无限思想又表现出他深受哲学思想影响的一面。墨家的深刻影响,使他对无限分割能进行到底而达到不可再分割的状态并得到一种不可分的东西的观念表示满意。不可分量可积的观念和无限分割到最后所得到的东西,其体积被他视为零的思想,则由墨家和道家的无限思想(特别是道家那里,无限状态乃是一种不能言论、不容置疑的状态)共同提供了思想基础。在刘徽以前,道家、墨家等都不怀疑无限观念,名家虽然认识到不可分量可积的观念中存在矛盾,但他们采取调和的态度,而并没想到要否定无限观念的存在。可以说,在刘徽以前,既不存在怀疑无限概念中存在问题的思想背景,也没有产生在更深层次上探讨这类问题的有效方法。刘徽不去怀疑无限中存在什么问题,这是可以理解的。

    在中国古代数学史上,对开方问题的讨论没有发展出无理数的观念来,其原因是非常复杂的。研究数的性质不是中国古算的任务,中国古算讲求实际的传统,影响到刘徽的求微数法的立足点与通往发现不可通约量的途径正好相反。研究求微数过程的无限进行,有助于加深对不可公度的认识,但要由此确认无理数的存在是困难的。对于由开方过程来确认无理数是否存在这样的问题,没有富于成效的归谬法,是难于解决的。而归谬法不仅不是中国古代数学的传统,而且还是中国古代哲学思维的薄弱环节。在这样的背景下,要指望刘徽发展出比较成熟的归谬法来,并由此确认不可通约性的存在,是不现实的。

  应当承认,把名家对无限的讨论继续深化,有可能在对无限的认识上获得更深入的认识。可是,虽然刘徽谙熟诸子百家,我们却难以找到他受名家思想影响的痕迹。这大概是他毫无顾虑地利用无限过程处理问题的一个重要原因。司马彪为名家的命题作注时的态度,大体能从侧面反映出:刘徽也是不把名家的观点当一回事而不予关注的。这也许也能代表一种抛开政治感情来对待名家学说的普遍态度。考察名家在中国历史上的兴衰和遭遇,及其在中国思想史上的地位与影响,也许能从更广阔的社会背景来为探讨刘徽的无限思想提供一种新的视野。

                        参考文献

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27 郭书春.汇校《九章算术》.辽宁教育出版社,1990.261

28 郭书春.汇校《九章算术》.辽宁教育出版社,1990.258

29 郭书春.汇校《九章算术》.辽宁教育出版社,1990.258

30 郭书春.汇校《九章算术》.辽宁教育出版社,1990.258

31 郭书春.古代世界数学泰斗刘徽.山东科学技术出版社,1992.146

32 李国伟.《九章算术》与不可公度.自然辩证法通讯,1994(2)

33 戴望.管子校正.《诸子集成》本.上海书店,1991.387

34 马非百.管子轻重篇新诠.中华书局,1988.53-54

35 李鼎祚.周易集解.北京市中国书店,1984.卷十四第1

36 中国哲学史教学资料汇编编选组.中国哲学史教学资料汇编(魏晋南北朝部分).中华书局,1964.66

37 陆德明.经典释文(北图藏宋刻本影印).上海古籍出版社,1985.1588

38 郭书春.刘徽的极限理论.科学史集刊(11).地质出版社,1984

LIU HUI’S IDEAS OF INFINITY AND THEIR EXPLANATIONS

Zou Dahai

        (The Institute of History of Natural Sciences of Academia Sinica, Bejing, 100010)

   Abstract  This paper discusses Liu Hui’s ideas of infinity in the light of the infinite process,  the integrability of indivisibles, and the finite process, and tries to corrects some misunderstandings in the study of Liu Hui’s ideas of infinity. Analysing the influences of the tradition of ancient Chinese mathematics, and of the ancient Chinese philosophy, especially those of the Mohist School, the Theory of Tao and Wang Bi’s Philosophy on Liu Hui, the author explains the heuristics with which Liu Hui employed his ideas of infinity to solve different kinds of problems.

  Key words: Liu Hui, infinity, explanation



  收到文稿日期:1994910日;收到修改稿日期:19941020日。

* 本文系根据笔者1994年硕士学位论文《刘徽及前刘徽时期无限思想研究》的下篇加工而成。该文是在导师郭书春先生的悉心指导下完成的,同时还得到了何绍庚、王渝生、刘钝、李伯聪、薄树人等先生的指教和帮助。汪前进、韩琦、胡维佳先生和其他朋友、同学亦给予热心的支持。谨此表示深切的谢意。

[①] 具体情况可参考[2]

[②] 刘徽以前的无限思想特别是墨、名和道家的无限思想,在本人硕士论文的上篇有比较详尽的考察。由于篇幅所限,本文只能粗略地利用一些结论性的内容来为解释刘徽的无限思想服务。

[③] 钱宝琮也说:“当边数无限地增多时,圆内接正多边形的面积趋近于圆面积, 公元前第五世纪中的希腊数学家安提丰(Antiphon)最早发现了这个定理”([21],68)。意稍异。中算史家或谓古希腊穷竭法都不涉及无限过程,这大概是受了卡尔·B·波耶的影响。 波耶怀疑传世文献关于安提丰割圆最后得到一个与圆重合的无穷多边形的记载,是由于他把今天的极限概念(实际是由魏尔斯特拉斯确立的)和十八世纪的极限观念混淆了起来(《微积分概念史──对导数和积分的历史性的评论》,上海师范大学数学系翻译组译,上海人民出版社,第36-37页)。 安提丰本人的著作虽然今已不传,但后世记载他的方法的不同文献,只在他作边数倍增的多边形时是从正方形还是从正三角形开始上有出入, 而对割圆最后得到一个与圆重合的无穷多边形这点却是没分歧的。事实上,现在的希腊学史研究家们一般都不否定这个记载(如Knorr,见[11]Lloyd,见Magic, Reason and Experimence, Cambridge University Press,1984,pp.119)。刘徽割圆术的思想,与我们今天数学分析中的极限实际还是有很大区别的,倒是和十八世早期的极限观念比较接近。

[④] 郭书春用墨家此命题来解释阳马术注,我认为它于割圆术更加适合一些。因为在阳马术注中,刘徽考虑问题的焦点是分割到最后得到的“至细”的点可以舍弃;而割圆术考虑的焦点则是要把一个含有无穷多个部分的东西分开, 然后后再合并的问题。

[⑤] 其实,不独“棋”为然也,《九章》“方田”章中有的田长才4/7步宽才3/5步,面积只有12/35平方步;又有“三人三分人之一”之说。现实世界中那有这样大小的田和这样个数的人。

[⑥] 这一点刘徽想得到的,唯其如此,刘徽才有必要把无限分割进行到底。

[⑦] 刘徽的生年,郭书春断在公元3世纪后期或其后,最晚不会晚于公元245年,见[18],第363页。