
數學名人故事精選
數學名人故事(一)
祖沖之生平個人簡歷
祖沖之,429年(南朝宋元嘉六年)出生于建康(今南京),祖籍范陽郡遒縣(今河北淶水縣)。西晉末期,北方發生大規模戰亂,祖沖之的先輩從河北遷徙到江南,并在江南定居下來。祖沖之就出生在江南,其祖父祖昌任劉宋朝大匠卿,是朝廷管理土木工程的官吏,父親祖朔之做“奉朝請”,學識淵博,常被邀請參加皇室的典禮、宴會。
祖沖之從小就受到很好的家庭教育。爺爺給他講“斗轉星移”,父親領他讀經書典籍,家庭的熏陶,耳濡目染,加之自己的勤奮,使他對自然科學和文學、哲學,特別是天文學產生了濃厚的興趣,在青年時代就有了博學的名聲。
早年經歷
祖沖之曾在著作中自述說,從很小的時候起便“專功數術,搜爍古今”。他把從上古時起直至
他生活的時代止的各種文獻、記錄、資料,幾乎全都搜羅來進行考察。同時,主張決不“虛推古人”,決不把自己束縛在古人陳腐的錯誤結論之中,并且親自進行精密的測量和仔細的推算。像他自己所說的那樣,每每“親量圭尺,躬察儀漏,目盡毫厘,心窮籌策”。
由于祖沖之博學多才的名聲,被南朝宋孝武帝派至當時朝廷的學術研究機關華林學省做研究工作,后來又到總明觀任職。當時的總明觀是全國最高的科研學術機構,相當于現在的中國科學院??偯饔^內分設文、史、儒、道、陰陽5門學科,實行分科教授制度,請來各地有名望的學者任教,祖沖之就是其一。在這里,祖沖之接觸了大量國家藏書,包括天文、歷法、術算方面的書籍,具備了借鑒與拓展的先決條件。
潛心科學
461年(南朝宋大明五年),祖沖之擔任南徐州(今江蘇鎮江)刺史府里的從事,先后任南徐州從事吏、公府參軍。祖沖之在這一段期間,雖然生活很不安定,但是仍然繼續堅持學術研究,并且取得了很大的成就。
462年(南朝宋大明六年),祖沖之把精心編成的《大明歷》送給宋孝武帝請求公布實行,
宋孝武帝命令懂得歷法的官員對這部歷法的優劣進行討論,最終,宋孝武帝決定在大明九年(465年)改行新歷。
464年(南朝宋大明六年),祖沖之被調到婁縣(今江蘇昆山縣東北)作縣令。之后又到建康(今江蘇南京),擔任謁者仆射的官職。從這時起,一直到南朝齊初年,他花了較大的精力來研究機械制造,重造出了用銅制機件傳動的指南車,發明了一天能走百里的“千里船”和“木牛流馬”、水碓磨(利用水力加工糧食的工具),還設計制造過漏壺(古代計時器)和巧妙的欹器。
晚年生活
祖沖之的晚年,正值南齊后期,統治階級內部矛盾尖銳,政治黑暗,社會動蕩不安。在這種情況下,祖沖之的研究方向有了很大的變化。他著重研究文學和社會科學,同時也比較關心政治。
494年(南朝齊隆昌元年)到498年(南朝齊建武五年)之間,他擔任長水校尉的官職。當時他寫了一篇《安邊論》,建議政府開墾荒地,發展農業,增強國力,安定民生,鞏固國
防。齊明帝看到后想令他“巡行四方,興造大業,可以利百姓者”,后因南齊的統治已經無法再維持下去。國家政權搖搖欲墜,再加上南北朝之間的連年戰爭,祖沖之良好的政治主張無法在國家內部施行,更無法實現了。
500年(南朝齊永元二年),這位卓越的大科學家去世,享年七十二歲。他的天文歷法心血之作《大明歷》在510年(梁武帝天監九年)才以《甲子元歷》之名頒行。
數學史上的創舉——“祖率”
祖沖之算出圓周率(π)的真值在3.1415926和3.1415927之間,相當于精確到小數第7位,簡化成3.1415926,祖沖之因此入選世界紀錄協會世界第一位將圓周率值計算到小數第7位的科學家。祖沖之還給出圓周率(π)的兩個分數形式:22/7(約率)和355/113(密率),其中密率精確到小數第7位。祖沖之對圓周率數值的精確推算值,對于中國乃至世界是一個重大貢獻,后人將“約率”用他的名字命名為“祖沖之圓周率”,簡稱“祖率”。
圓周率的應用很廣泛,尤其是在天文、歷法方面,凡牽涉到圓的一切問題,都要使用圓周率來推算。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。中國古代數
學家們對這個問題十分重視,研究也很早。在《周髀算經》和《九章算術》中就提出徑一周三的古率,定圓周率為三,即圓周長是直徑長的三倍。此后,經過歷代數學家的相繼探索,推算出的圓周率數值日益精確。
東漢張衡推算出的圓周率值為3.162。三國時王蕃推算出的圓周率數值為3.155。魏晉的著名數學家劉徽在為《九章算術》作注時創立了新的推算圓周率的方法——割圓術,將圓周率的值為邊長除以2,其近似值為3.14;并且說明這個數值比圓周率實際數值要小一些。劉徽以后,探求圓周率有成就的學者,先后有南朝時代的何承天,皮延宗等人。何承天求得的圓周率數值為3.1428,皮延宗求出圓周率值為22/7≈3.14。
祖沖之認為自秦漢以至魏晉的數百年中研究圓周率成績最大的學者是劉徽,但并未達到精確的程度,于是他進一步精益鉆研,去探求更精確的數值。
根據《隋書·律歷志》關于圓周率(π)的記載:“宋末,南徐州從事史祖沖之,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?!弊鏇_之把一丈化為一億忽,以此為直徑求圓周率。他計算的結
果共得到兩個數:一個是盈數(即過剩的近似值),為3.1415927;一個是朒數(即不足的近似值),為3.1415926。
盈朒兩數可以列成不等式,如:3.1415926<π(真實的圓周率)<3.1415927(盈),這表明圓周率應在盈朒 兩數之間。按照當時計算都用分數的習慣,祖沖之還采用了兩個分數值的圓周率。一個是355/113(約等于3.1415927),這一個數比較精密,所以祖沖之稱它為“密率”。另一個是22/7(約等于3.14),這一個數比較粗疏,所以祖沖之稱它為“約率”。
祖沖之在圓周率方面的研究,有著積極的現實意義,他的研究適應了當時生產實踐的需要。他親自研究度量衡,并用最新的圓周率成果修正古代的量器容積的計算。古代有一種量器叫做“ 釜 ”,一般的是一尺深,外形呈圓柱狀,祖沖之利用他的圓周率研究,求出了精確的數值。他還重新計算了漢朝劉歆所造的“律嘉量”, 利用“祖率”校正了數值。以后,人們制造量器時就采用了祖沖之的“祖率”數值。