祖沖之生于建康,是我國南北朝時期杰出的數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家。祖沖之曾在書中說,他從小就專門從事數(shù)學(xué)搜索,他收集了幾乎所有生活在古代的文獻(xiàn)資料進(jìn)行調(diào)查。同時,他主張永遠(yuǎn)不要盲目推崇古人,永遠(yuǎn)不要把自己束縛在古人的錯誤結(jié)論中,親自進(jìn)行精確的測量和仔細(xì)的計算。就像他說的,琴娘規(guī)齒躬身已簍,路徑毫厘心窮籌策,而他人生最大的成就是第一次。把圓周率精確在3.1415926年到3.1415927年之間,他的祖率對數(shù)學(xué)的研究做出了巨大的貢獻(xiàn),這種精度在接下來的800年里一直是世界第一,直到16世紀(jì),阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)家阿爾卡西打破了這一記錄。 圓周率經(jīng)計算出后被廣泛使用,尤其是在天文學(xué)和歷法中。所有與圓有關(guān)的問題都必須用圓周率來計算。如何正確計算圓周率是世界數(shù)學(xué)史上的一個重要課題。中國古代數(shù)學(xué)家非常重視這個問題,很早就進(jìn)行了研究。早在《周算》和《九章算術(shù)》中,就提出把直徑一周三周的古代定律看作圓周率三,即圓的周長。 經(jīng)過歷代數(shù)學(xué)家的不斷探索,東漢張衡算出的圓周率為3.162,三國時期王范算出的圓周率為3.155。魏晉時期著名數(shù)學(xué)家劉徽的計算越來越精確,在3.14中,祖沖之精確計算出圓周率在3.1415926到3.1415927之間。祖沖之在公元480年計算圓周率,當(dāng)時一切都要手工計算。他是如何計算出如此高精度的圓周率的?事實上,祖沖之指的是劉徽的切圓法。他定了一個直徑一尺的大圓,在圓上切割計算。當(dāng)他切到內(nèi)切圓192的邊緣時,他得到了灰綠色的值,也就是3.14的值,這個值最初是以劉輝的名字命名的,叫做灰綠。劉輝的切割之術(shù)與阿基米德所使用的方法有些不同,阿基米德通過將正多邊形切割成圓形的外切來計算圓周率。上下限,因為邊越多,正多邊形離圓越近,劉輝的割線圓是以圓為基礎(chǔ)的內(nèi)接正多邊形。他越是用正多邊形的面積來近似圓的面積,內(nèi)接的正多邊形和圓之間的面積差就越小越近。無限分割后,內(nèi)接的正多邊形和圓會合并成一個。在劉輝的基礎(chǔ)上,祖沖之繼續(xù)切割,做了一個大圓384邊,678邊,最后他把圓切到了24567邊。 祖沖之第一次計算出每個內(nèi)接正多邊形的邊長,最終得到一個直徑一英尺,周長三英尺的圓、一英尺、四英寸、一分鐘、五厘米、九毫。從苗期到3尺1寸1分5厘米9毫2秒6,也就是說如果圓的直徑為1,那么圓周率小于3.1415927而大于3.1415926。當(dāng)時,在算盤發(fā)明之前,祖沖之用一根幾寸長的小棍算圓周率,需要復(fù)雜的加減乘除平方根,每一步都要重復(fù)十多次。運算無數(shù),我們可以想象,在祖沖之朝進(jìn)行如此精確的計算幾乎是不可能的。如果計算過程的差別很小,結(jié)果很可能是千里之外。祖沖之對圓周率乃至世界的價值做出了巨大貢獻(xiàn)。后人以祖沖之名命名此值,稱為祖沖之圓周率簡稱祖率,沿用至今。 |
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