武陵观察网 历史 南北朝时期数学家——祖冲之雕像

南北朝时期数学家——祖冲之雕像

祖冲之(429年-500年),字文远,生于丹阳郡建康县(今江苏南京),籍贯范阳郡遒县(今河北省保定市涞水县),南北朝时期数学家、天文学家、科学家。

祖冲之祖父是朝廷负责建造的官员,因而从小受家庭影响喜欢科学知识, 南朝刘宋王朝时,祖冲之做过徐州刺史刘子鸾的从事和公府参军,刘子鸾被杀后,祖冲之被调到娄县去做了县令。刘宋孝武帝时,祖冲之曾在华林学省学习,并进行了很多科学研究。南齐发生内乱时,祖冲之在给齐明帝的上书《安边论》中建议朝廷开垦荒地,发展农业,安定民生,巩固边防。齐明帝便打算派祖冲之前往各地巡查,但还未成行时,祖冲之就去世了。

祖冲之的主要贡献在数学,所撰的《缀术》一书,被收入《算经十书》,唐代将此书列入国子监教材,后因深奥而未得传。祖冲之发现的圆周率,在当时世界上最先进,这一纪录保持了千年,直到15世纪才由阿拉伯数学家卡西打破。在天文历法方面,祖冲之创制的《大明历》,最早将岁差引进历法。在机械学方面,其设计制造过水碓磨、铜制机件传动的指南车、千里船、定时器等。另在音律、文学、考据方面也有造诣,还著有小说《述异记》。

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祖冲之算出圆周率(π)的真值在3.1415926和3.1415927之间,相当于精确到小数第7位,简化成3.1415926,祖冲之因此入选世界纪录协会世界第一位将圆周率值计算到小数第7位的科学家。祖冲之还给出圆周率(π)的两个分数形式:22/7(约率)和355/113(密率),其中密率精确到小数第7位。祖冲之对圆周率数值的精确推算值,对于中国乃至世界是一个重大贡献,后人将“这个精确推算值”用他的名字命名为“祖冲之圆周率”,简称“祖率”。

圆周率的应用很广泛,尤其是在天文、历法方面,凡牵涉到圆的一切问题,都要使用圆周率来推算。如何正确地推求圆周率的数值,是世界数学史上的一个重要课题。中国古代数学家们对这个问题十分重视,研究也很早。在《周髀算经》和《九章算术》中就提出径一周三的古率,定圆周率为三,即圆周长是直径长的三倍。此后,经过历代数学家的相继探索,推算出的圆周率数值日益精确。

东汉张衡推算出的圆周率值为3.162。三国时王蕃推算出的圆周率数值为3.155。魏晋的著名数学家刘徽在为《九章算术》作注时创立了新的推算圆周率的方法——割圆术,将圆周率的值为边长除以2,其近似值为3.14;并且说明这个数值比圆周率实际数值要小一些。刘徽以后,探求圆周率有成就的学者,先后有南朝时代的何承天,皮延宗等人。何承天求得的圆周率数值为3.1428,皮延宗求出圆周率值为22/7≈3.14。

祖冲之认为自秦汉以至魏晋的数百年中研究圆周率成绩最大的学者是刘徽,但并未达到精确的程度,于是他进一步精益钻研,去探求更精确的数值。

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祖冲之对木、水、火、金、土等五大行星在天空运行的轨道和运行一周所需的时间,也进行了观测和推算,给出了更精确的五星会合周期。中国古代科学家算出木星(古代称为岁星)每十二年运转一周。西汉刘歆作《三统历》时,发现木星运转一周不足十二年。

祖冲之进行了重新测量,得出木星每84年超辰一次的结论,即定木星公转周期为11.858年(今测为11.862年)。并得出更精确多五星会合周期,木星398.903日(误差0.019日),火星780.031日(误差0.094日),土星378.070日(误差0.022日),金星583.931日(误差0.009日),水星115.880日(误差0.002日)。

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