正文 第14章 祖衝之(1 / 2)

祖衝之(公元429—500年),字文遠,河北省淶源縣人,我國古代南北朝時期著名數學家、天文學家,被稱為“圓周率之父”。

一、祖衝之的生平

公元429年祖衝之生於建康(今江蘇南京)一個官宦人家,雖原籍北方,但幾代祖先都在江南做官且通曉曆法。他的祖父掌管土木工程建築,父親也學識淵博。因而他從小便有機會接受家傳科學知識。

從青年時起,祖衝之便“親量圭尺,躬察儀漏,目盡毫厘,心窮籌策”。他把從上古時起直至他生活時代的各種文獻、記錄、資料,幾乎全部搜羅來進行研究,並且親自進行精密的測量和仔細的推算。他對劉歆、張衡、鄭玄、闞譯、王番、劉徽等科學家的工作進行了仔細研究,一一駁正了他們的錯誤,得出了許多極有價值的結果。宋孝武帝聽到他的名氣,派他到一個專門研究學術的官署“華林學省”工作。他對做官並沒有興趣,但是在那裏,可以更加專心研究數學、天文了。

祖衝之

公元461年,祖衝之在南徐州(今江蘇鎮江)刺史府裏做事,先後任南徐州從事史、公府參軍。公元464年他調至婁縣(今江蘇昆山東北)任縣令。在此期間他編製了《大明曆》,計算了圓周率。宋朝末年,祖衝之回到建康任謁者仆射,此後直到宋滅亡一段時間後,他花了較大精力來研究機械製造。

公元494—498年之間,他在南齊朝廷擔任長水校尉一職,享受四品俸祿。鑒於當時戰火連綿,他寫有《安邊論》一文,建議朝廷開墾荒地,發展農業,安定民生,鞏固國防。公元500年,祖衝之72歲之時去世。

二、祖衝之的成就

祖衝之在數學方麵的主要貢獻是:祖衝之為了求出最精密的圓周率,逐次以圓內接正六邊形、十二邊形、二十四邊形、四十八邊形、九十六邊形……的邊長當作圓周長,計算與直徑的比值,一直割圓到24576邊形,這樣邊已經和圓周緊貼在一起,而不能再割了,於是他算出:12288邊形各邊總長為3.14159251丈,24576邊形各邊總長為3.14159261丈。

祖衝之經過艱苦的計算,終於得出較精確的圓周率,如直徑為1,圓周大於3.1415926,小於3.1415927。

這在《隋書·律曆誌》中有記載,這也是他的最傑出的貢獻,成為世界上最早把圓周率數值推算到七位數字以上的科學家。確定了π的約率22/7(≈3.14),密率335/113(≈3.1415929);他和兒子祖暅(音gèng)圓滿解決了球體積的計算問題,發現了“祖氏公理”;通過對古代數學著作《九章算術》作注釋,祖衝之又編著了《綴術》一書,被唐代國子監列為高等算學課本。

中國曆代都有研究天文的官,並且根據研究天文的結果來製定曆法。到了宋朝的時候,曆法已經有很大進步。祖衝之根據長期觀察的結果,創製出一部新的曆法,叫做“大明曆”(“大明”是宋孝武帝的年號)。這種曆法測定的每一回歸年(也就是兩年冬至點之間的時間)的天數,跟現代科學測定的相差隻有五十秒;測定月亮環行一周的天數,跟現代科學測定的相差不到一秒。雖然他定的歲差值精度不高(45年11月差一度,按今測,應約70多年才差一度),但他最早把歲差引進曆法,這是中國曆法史上的一個重大進步,對後世提高曆法準確性有重要意義。他采用了391年中有144個閏月的精密的新閏周。他還改進了前代關於木星公轉周期的數值,得出木星(當時叫歲星)每84年超辰一次的結論,這相當於求出木星公轉周期為11.858年。《大明曆》中的五大行星會合周期,也是當時比較精確的數值。他發明了用圭表測量冬至前後若幹天的正午太陽影長以定冬至時刻的方法,這個方法也為後世長期采用。

祖衝之是一位博學多才的科學家,對於各種機械也有研究。他曾經設計製造過水碓磨(利用水力加工糧食的工具)、銅製機件轉動的指南車(隨便車子怎樣轉彎,車上的銅人總是指著南方)、一天可以航行100多裏“千裏船”,並在新亭江(在今南京市西南)上試航過,以及一些陸上運輸工具。他還設計並製成了計時器——漏壺和巧妙的欹器。

此外,祖衝之也精通音律,甚至還寫過小說《述異記》10卷。祖衝之著述很多,據《隋書·經籍誌》記載,有《長水校尉祖衝之集》51卷。散見於各種史籍記載的有:《綴術》《九章述義注》《大明曆》《駁議》《安邊論》《述異記》《易老莊義釋》《論語孝經注》等。但其中絕大部分著作都已失傳。現在僅能見到《上大明曆表》《大明曆》《駁議》《開立圓術》等幾篇。