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发布时间:2023-11-03 11:34:09 来源:
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祖冲之和圆周率的故事
祖冲之和圆周率
_
图文
祖冲之和圆周率
“开差幂、开差立,兼以正负参之。”
《隋书
?
律历志》
中国古代数学成就辉煌,是最早创造十进位制的国家,也是通过阴阳八卦最早提出二进位制观念的国
家,这是两项影响了历史进程和现代生活的伟大创造。西汉或早于西汉的、由赵爽注的《周髀算经》对勾
股定理的论证大约和希腊的毕达哥拉斯
(Pythagoras
的论证同时代,又是互无联系、各自发明的。三国时
伟大的数学家刘徽的《九章算术注》创造了求多面体体积的关键性理论——刘徽原理,用无穷小分割和极
限思想证明了圆面积公式,并创造了求圆周率近似值的科学程序,计算了正
192
边形的面积,求出圆周率
的近似值为
1
3.14
,用分数表示为
157/50
和
3927/1250
。
刘徽“割圆术”示意图
在刘徽和其他数学家创造性劳动、探索的基础上,另一位伟大数学家祖冲之
(429
—
500
应运而生了。
祖冲之生于南朝的一个士大夫家庭,自幼勤奋好学,勇于创新,勤于实践,
25
岁入华林学省从事学术研
究,后来在一位高官手下任公府参军,得以有充分时间进行科学研究,在天文、历法、数学和机械制造等
方面都取得了重大成就。祖冲之和儿子祖的数学成就都集中在他们的数学著作《缀术》中,这部著作,被
列为“算经十书”之中,是唐朝学生和朝鲜、日本学生的算学课本,可惜已经失传。现在所知的祖冲之的
数学成就都是其他著作中留下的残缺不全的记载,主要集中在圆周率、球体积和开带从立方三个方面。
祖冲之像
在圆周率近似值的计算方面,古希腊一直是走在中国前面的。公元前
5
世纪,当希腊数学家算得圆周
率为
3.1416
时,
2
中国还停留在“周三径一”的古率阶段,并一直沿用到汉代。西汉刘歆算得
3.141547
或
3.14166
,有
效数字为
3.1
,东汉张衡得到
92/29
和
10
的平方根这两个表达方式。刘徽算出圆周率为
3.14
,但是祖冲之
不满足于刘徽这个成果,他通过刘徽的割圆术,从正六边形出发,直到计算出正
6
乘
2
的
12
次方边形的面
积。他用更开密法,进一步算出了圆周率大于
3.1415926
小于
3.1415927
的结果。得到这样的结果,要对这样一个九位数字进行不下
130
次的包括
开方在内的运算,这需要何等的毅力、决心和精力~这在当时是一项了不起的成就,他不但把刘徽的数值
精度提高了上百倍,而且运用了“盈二限”的方法给出了一个无理数值的变化范围,是一个无理数表示的
基本方法,这种方法,除了希腊大数学家阿基米德之外,运用得最好的就是祖冲之了。祖冲之得出了两个
表达圆周率的分数,一个是
22/7
,一个是
355/113
,前者称为约率,后者称为密率。密率是一个很好的近
似值,有人做过计算,如果用它来计算半径为
10
公里的圆面积,误差不会超过几毫米。祖冲之对圆周率的
求索,超过了世界水平整整
1000
年~直到
16
世纪德国人
V?
奥托和荷兰人
A?
安托尼斯才发现了圆周率的
密率
355/113
,并被称为“安托尼斯率”。
1913
年日本数学史家三上一夫建议将祖冲之圆周率的密率数值
命名为“祖率”,得到一致赞同。
3
刘徽《九章算术注》书影
本文来源:
https://www.2haoxitong.net/k/doc/84ceb6cc7175a417866fb84ae45c3b3566ecdd88.html
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