數學名家 2.

推算圓周率的先祖祖衝之

祖衝之是南北朝時期人,傑出的數學家、科學家。其主要貢獻在數學、天文曆法和機械3方麵。此外,對音樂也有研究。他是曆史上少有的博學多才的人物。

祖衝之在數學上的傑出成就,是關於圓周率的計算。他在前人成就的基礎上,經過反複演算,求出了圓周率更為精確的數值,被外國數學史家稱作“祖率”。

祖衝之的祖父祖昌,是個很有科學技術知識的人,曾在南朝宋的朝廷裏擔任過大匠卿,負責主持建築工程。祖父經常給他講一些科學家的故事,其中東漢時期大科學家張衡發明地動儀的故事深深打動了祖衝之幼小的心靈。

祖衝之常隨祖父去建築工地,晚上,就同農村小孩們一起乘涼、玩耍。天上星星閃爍,農村孩子們卻能叫出星星的名稱,如牛郎星、織女星以及北鬥星等,此時,祖衝之覺得自己實在知道得太少。

祖衝之不喜歡讀古書。5歲時,父親教他學《論語》,兩個月他也隻能背誦10多句。父親很生氣。可是他喜歡數學和天文。

一天晚上,他躺在床上想白天老師說的“圓周是直徑的3倍”這話似乎不對。第二天早上,他就拿了一段媽媽做鞋子用的線繩,跑到村頭的路旁等待過往的車輛。

一會兒,來了一輛馬車,祖衝之叫住馬車,對駕車的老人說:“讓我用繩子量量您的車輪,行嗎?”

老人點點頭。

祖衝之用繩子把車輪量了一下,又把繩子折成同樣大小的3段,再去量車輪的直徑。量來量去,他總覺得車輪的直徑不是“圓周長的三分之一”。

祖衝之站在路旁,一連量了好幾輛馬車車輪的直徑和周長,得出的結論是一樣的。

這究竟是為什麼呢?這個問題一直在他的腦海裏縈繞。他決心要解開這個謎。隨著年齡的增長,祖衝之的知識越來越豐富了。他開始研究劉徽的“割圓術”了。

祖衝之非常佩服劉徽的科學方法,但劉徽的圓周率隻得到正九十六邊形的結果後就沒有再算下去,祖衝之決心按劉徽開創的路子繼續走下去,一步一步地計算出正一百九十二邊形、正三百八十四邊形等,以求得更精確的結果。

當時,數字運算還沒利用紙、筆和數碼進行演算,而是通過縱橫相間地羅列小木棍,然後按類似珠算的方法進行計算。

祖衝之在房間地板上畫了個直徑為一丈的大圓,又在裏邊做了個正六邊形,然後擺開他自己做的許多小木棍開始計算起來。

此時,祖衝之的兒子祖暅已13歲了,他也幫著父親一起工作,兩人廢寢忘食地計算了10多天才算到正九十六邊形,結果比劉徽的少

0.000002丈。祖暅對父親說:“我們計算得很仔細,一定沒錯,可能是劉徽錯了。”祖衝之卻搖搖頭說:“要推翻他一定要有科學根據。”於是,父

子倆又花了十幾天的時間重新計算了一遍,證明劉徽是對的。祖衝之為避免再出誤差,以後每一步都至少重複計算兩遍,直至結果完全相同才罷休。

祖衝之從正一萬二千二百八十八邊形,算至正二萬四千五百七十六邊形,兩者相差僅0.0000001。祖衝之知道從理論上講,還可以繼續算下去,但實際上無法計算了,隻好就此停止,從而得出圓周率必然大於3.1415926而小於3.1415927這一結果。這個成績,使他成為了當時世界上最早把圓周率數值推算到7位數字以上的科學家。直至1000多年後,德國數學家鄂圖才得出相同的結果。

祖衝之能取得這樣的成就,和當時的社會背景有關。他生活在南北朝時期的南朝宋。由於南朝時期社會比較安定,農業和手工業都有顯著的進步,經濟和文化得到了迅速發展,從而也推動了科學的前進。當時南朝時期出現了一些很有成就的科學家,祖衝之就是其中最傑出的人物之一。

祖衝之在數學方麵的主要貢獻是推算出更準確的圓周率的數值。圓周率的應用很廣泛,尤其是在天文、曆法方麵,凡牽涉圓的一切問題,都要使用圓周率來推算。因此,如何正確地推求圓周率的數值,是世界數學史上的一個重要課題。