第三章 中国传统科学技术的形成
第八节 圆周率和祖冲之
目录
第一章 中国传统科学技术的萌芽
第二章 中国传统科学技术的奠基
第二章 中国传统科学技术的奠基
第三章 中国传统科学技术的形成
第三章 中国传统科学技术的形成
第三章 中国传统科学技术的形成
第八节 圆周率和祖冲之
第四章 中国传统科学技术的发展
第四章 中国传统科学技术的发展
第四章 中国传统科学技术的发展
第五章 中国传统科学技术的衰落
第五章 中国传统科学技术的衰落
第五章 中国传统科学技术的衰落
第五章 中国传统科学技术的衰落
附录
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为了纪念祖冲之在科技方面的卓越贡献,国际天文学界将月球背面的一座环形山命名为“祖冲之环形山”。
圆周率的计算,仅是祖冲之的一项贡献,他的科技成就是多方面的,堪称当时一位卓越的数学家、天文学家和机械制造家。
所谓的“割圆术”,就是当圆内接正多边形边数不断增加时,它的周长越来越接近于圆周长,“割之又割,以至于不可割,则与圆周合体而无所失矣”,当圆内接正多边形边数无限大时,其周长就是圆周的周长。这个方法只需用圆内接正多边形的面积就可求取圆周率,不必计算圆外切正多边99lib.net形的面积,大大简化了计算的过程。刘徽应用这个方法,从圆内接正六边形算起,边数逐步加倍,一直算到圆内接正192边形的面积,得出π的近似值3.14。另一个近似值π=(3927)/(1250)(相当于3.1416)可能也是刘徽算得的,这是当时世界上最佳数据。
在汉以前,中国一般用三作为圆周率数值,即“周三径一”。这在计算圆的周长和面积时,误差很大。汉时虽有不少数学家和天文学家采用了各自不同的圆周率数值,但都没有建立严谨的科学计算方法。
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最早提出科学计算方法的数学家是刘徽,他在魏景元四年(公元263年)注释《九章算术》时,创立了“割圆术”,把圆周率的计算推上了一个新的高度。这个方法把极限的概念运用来解决实际的问题,孕育着用有限来逼近无穷的思想,是世界数学史上的一项重要成就。
南北朝时的祖冲之,在刘徽工作的基础上,把圆周率的计算推进到古代世界的最高峰。他运用“割圆术”,求出了精确到第七位有效数字的圆周率,3.1415926<π<3.1415927。这一结果的获得,需要对九_九_藏_书_网九位数字的大数目进行各种运算(包括开方)130次以上,又是使用筹算方法,其繁复、艰巨可想而知。这一结果领先于世界达1000年之久。祖冲之还得出了两个用分数表示的圆周率数值,一个是355/113,称密率,这是分母、分子在1000以内表示圆周率的最佳渐近分数,欧洲直到16世纪才取得这一结果;一个是22/7,称约率。
同时,祖冲之在机械方面也有辉煌的成就。他曾制造过“圆转不穷,而司方如一”(《南齐书·祖冲之传》)的指南车、“日行百余里”(《南齐书·祖冲之传》)的千里船,九九藏书网以及利用水力转动石磨舂米磨谷的水碓磨等。
祖冲之,字文远,祖籍河北范阳遒〔qiu求〕县(今河北涞水县),南北朝时举家南迁建康(今南京)。他生于公元429年,卒于公元500年。他的家庭,从曾祖父起,大都对天文、历法、数学很有研究,在家庭气氛的熏陶下,祖冲之从小就对这些科学很有兴趣,努力学习,亲自观测天象,进行推算,因而造诣很深。
除了圆周率外,祖冲之在数学方面的另一重要贡献,就是创立了求球体体积的正确公式:球体积=4/3π×(半径)3。这也是在刘徽工作的基础上,祖冲之与他的儿九九藏书子祖暅〔geng更去〕之共同研究而取得的。在研究过程中,祖氏父子应用了“等高处截面积相等的两个立体,其体积必相等”的公理。这一公理在欧洲直到17世纪才被意大利数学家卡瓦列里所引用。祖冲之还曾著有《缀术》一书,在唐代被列为10部算经之一。可惜由于其内容太高深,被学官废置而亡佚。
在天文学方面,祖冲之大胆地指出了前人所制历法的不足,提出了历法改革,于刘宋大明六年(公元462年),完成了新历法“大明历”的制定工作。大明历把岁差首次引入历法,把19年七闰法改为391年144闰,从而使历法更加精密。
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