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南北朝科學巨匠祖沖之的故事

故事 時間:2021-08-31 手機版

  一位德國數學家講得好:在數學發展的歷史上,許多國家的數學家都曾尋找過更加精密的圓周率,因此圓周率的精密程度可以作為衡量這個國家數學發展水平的標志。根據這種說法,我們就能認識到祖沖之的輝煌成就,具有多么巨大的意義,從中看出我國古代數學發展的高水平。

南北朝科學巨匠祖沖之的故事

  祖沖之(公元429~500),字文遠,范陽遒縣(今河北省淶水縣北)人,生活于南朝的宋、齊之間,是我國古代杰出的數學家、天文學家和機械發明家。祖沖之卓越的數學成就,在世界數學史上閃耀著光芒,是中華民族的驕傲。南朝時期,經濟繁榮,文化發達,因而也對科學技術進步提出較為迫切的要求。這為祖沖之的科學成就創造了良好的社會基礎。祖氏家族世代掌管歷法。祖沖之從小受到很好的家庭教育,對于自然科學、文學和哲學都有濃厚的興趣。他尤其酷愛數學、天文學、機械制造,苦心鉆研。當時宋朝政府中有一個研究學術的機關,叫華林學省,祖沖之青年時期就被吸收在這里從事研究工作。祖沖之一面研究繼承家學,一面學習我國古代及外國傳入的科學成就。他博覽群書,兼學百家,為后來的科研工作奠定了深厚的基礎。

  祖沖之小時候酷愛數學和天文,學習非常刻苦,他“專攻數術,搜煉古今”,把從古代到6世紀所保存的觀測記錄和有關文獻,幾乎全部搜集來作為參考。他對圓周率的研究開始得很早,后來達到了如醉如癡的地步。相傳,有一天,夜已經很深了,他翻來覆去睡不著,《周髀算經》上說,圓周的長是直徑的3倍,這個說法對嗎?天還沒亮,他就把媽媽叫醒,要了一根繩子,跑到大路上,等候著馬車。突然,來了一輛馬車,祖沖之喜出望外,要求量馬車的輪子,經過再三測量,他總覺得圓周長大于直徑的3倍,究竟大多少?這個問題一直盤旋在他的腦子里,直到40多歲,才解開了這個謎。

  祖沖之最突出的成就是對圓周率的精確推算。現在都知道,圓周率是圓的周長與直徑的比。這是一個常數,一般用希臘字母π表示。已經證明,π不但是一個無理數,而且是一個超越數,就是說,既不能用有限的數字精確地表示它,也不能用有限的代數式精確地表示它。祖沖之對圓周率的研究,包含在與他兒子祖恒合著的《綴術》中。這是一部什么樣的著作呢?

  原來,為了傳播我國歷代的數理精華,唐朝選定10部具有代表性的算書作為課本,稱為《算經十書》,即《周髀算經》、《九章算術》、《海島算經》、《孫子算經》、《張丘建算經》、《五曹算經》、《夏侯陽算經》、《五經算術》、《綴術》、《輯古算經》。在這10部鴻篇巨著中,內容最豐富的是《九章算術》。魏晉時數學家劉徽作注以后,才使人們能夠理解它的內容。后來,祖沖之感到劉徽的注意猶未盡,就寫了數十篇專題論文,稱為《綴術》。作為對劉徽注的補充。《綴術》是一部很有價值的科學巨著,內容博大精深,連當時的“學官”也看不懂。到了唐朝被列為國立學校的必讀教材,需學4年,是學習時間最長的算書。日本和朝鮮在12世紀也把《綴術》作為教科書。后來在北來中期失傳,這是數學界的重大損失。《綴術》究竟包括哪些內容呢?在唐朝魏徵等編著的《隋書·律歷志》中有一些記載:“宋末,南徐州人從事史祖沖之更開密法。以圓徑一億為一丈,圓周盈數三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽;朒(nù,不足)數三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽,正數在盈朒二限之間。密率:圓徑一百一十三、圓周三百五十五。約率:圓徑七,周二十二。”

  這里,“開”是開創,“以圓徑一億為一丈”,是分直徑一丈為一億等分:“盈數”是圓周的過剩近似值,“朒數”是不足近似值;“正數”是正確數值,即真值。

  上面的記載,包含了三點意思:

  1.3.1415926<π<3.1415927;這一光輝的數據,使我國在數學上又創造了一個世界第一,在圓周率計算這個領域遙遙領先世界長達 1000年。1000年后,相繼又有法國數學家韋達取得以上結論一,德國數學家渥脫重新取得結論二,并由亞西亞阿爾、卡西打破祖沖之創造的結論一的世界紀錄。

  日本的數學家三上義夫將祖沖之的“密率”稱為“祖率”。莫斯科大學禮堂前的廊壁上,用彩色大理石鑲嵌著的世界著名科學家肖像中有我國兩位,其中之一就是祖沖之。60年代初,人類探索太空奧秘時,曾將月球背后的一個山脈命名為祖沖之山。祖沖之為中華民族贏得了光榮,世界人民將永遠緬懷這位科學巨人。


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