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中國數學家 ─ 祖沖之


祖沖之(西元429年~西元500年)生於南北朝時期。他的祖父和父親都曾在朝廷擔任官職,可說是出生在一個世代為官的家庭。祖沖之是一個博學多才的數學家、天文學家,他曾經計算出月球環繞地球一周為27.21223日,和現在公認的27.21222日,只在小數第五位有1的誤差。他的貢獻遠至西方科學家也十分認同,因而把月球上的一個火山口,取名為「祖沖之口」,成為月球上唯一一個用中國人命名的地方。
 


祖沖之從小就非常喜歡唸書,長大後對數學和天文方面漸漸產生了濃厚的興趣,於是開始認真地閱讀許多前人的著作,例如發明渾天儀而鼎鼎大名的張衡,以及創造「割圓術」算圓周率的劉徽,都是祖沖之學習的對象。但他卻不是只接受前人的經驗而已,對於書本上面的知識,祖沖之在每個細節上都是下過功夫,小心驗證過的呢!

祖沖之在數學上最偉大的成就莫過於「圓周率」的計算,他以劉徽的「割圓術」理論為基礎研究圓周率,進一步地發展,經過既漫長又煩瑣的計算,一直計算到圓形內面的正兩萬四千五百七十六邊形,最後得出一個結論:圓周率的值介於3.1415926與3.1415927之間,已準確到小數點以後第七位,是當時最精密的圓周率!同時,他還取了22/7作為約率,355/113作為密率,來表示圓周率的近似值。

祖沖之為了求圓周率小數後的第七位準確值,他所花的時間和精神比起現代人多得很。只要利用現在的電腦,想計算祖沖之所知道的圓周率當然是輕而易舉,但想一想,當時的祖沖之生長在算盤還沒發明,就連阿拉伯數字也都尚未傳進中國的時代呢!光是利用當時的計算工具「算籌」,要計算如此龐大的數字,作好幾位數的複雜運算就需要超乎常人的毅力和耐心,他這份對追求真理的熱情,實在很值得我們學習與尊敬呢!

1. 什麼是 割圓術

當圓形內面的正多邊形的邊數越來越多時,可以發現這個圓形內面的正多邊形的周界會越接近圓周。
 
正六邊形
正十二邊形
正二十四邊形

2. 什麼是 圓周率

古人未有圓規(現在畫圓形的工具)時,他們會在地上先固定一根木樁,再綁上一條繩子,然後拉緊繩子繞木樁一圈,便可以畫出一個圓形來。藉此畫圓方法,古人便發現圓周的長度和圓的直徑是有著密切的關係,而這個關係就是圓周率了。

 

 中國數學家─祖沖之

    祖沖之對於圓周率的研究成果,流傳了一千多年,至今仍然受到數學家們的推崇與尊敬天文上準確的測量,同樣令現在的科學家嘆為觀止。

  在沒有方便的儀器之下,祖沖之能靠著人工計算得到漂亮的結果,確實厲害!

祖沖之的身世

  祖沖之是南北朝人 (約429-500),祖父和父親都曾在朝廷擔任官職,可說是出生在一個世代為官的家庭。

 

祖沖之的求學態度

  祖沖之從小就非常喜歡唸書,長大後對數學和天文方面漸漸產生了濃厚的興趣,於是開始認真地閱讀許多前人的著作,例如發明渾天儀而鼎鼎大名的張衡,以及創造「割圓術」算圓周率的劉徽,都是祖沖之學習的對象。但他卻不是一眛地全部接受前人的經驗而已,對於書本上面的知識,祖沖之在每個細節上都是下過功夫,小心確認過的呢!憑著一絲不茍的學習態度,讓個性謙遜的祖沖之成為中國傑出的數學家和天文家。

 

祖沖之與圓周率

  祖沖之在數學上最偉大的成就莫過於「圓周率」的計算,他所計算的圓周率介於3.1415926與3.1415927之間,已準確到小數點以後第七位,是當時最精密的圓周率!這個紀錄一直到西元1424年,才被阿拉伯的數學家阿爾卡西打破,足足保持了九百多年呢!

  祖沖之以劉徽的「割圓術」理論為基礎研究圓周率。如果利用現在的電腦,想計算祖沖之所知道的圓周率當然是輕而易舉,但想一想,祖沖之可是生長在算盤還沒發明,就連阿拉伯數字也都尚未傳進中國的時代呢!光是利用當時的計算工具「算籌」,要計算如此龐大的數字,作好幾位數的複雜運算就需要超乎常人的毅力和耐心!

他的成就果然讓日後數學家大為讚賞,例如日本數學家三上義夫就曾建議將355/113稱作「祖率」,以紀念為圓周率很有貢獻的祖沖之。此外,在法國巴黎的「發現宮」博物館的牆上,甚至還刻上了祖沖之的名字,以及他算出來的圓周率呢,果然是中國人的驕傲!

 

從劉徽的割圓術到祖沖之的圓周率

  劉徽運用割圓術計算圓周率,嘗試了正六邊形、正十二邊形、正二十四邊形直到正三千零七十二邊形,得到3.1416。

  祖沖之承續了劉徽,一直算到正兩萬四千五百七十六邊形,最後得知了精確到小數第七位的圓周率,並且取22/7作為約率,355/113作為密率,來表示圓周率的近似值。

 

 

祖沖之對天文也有很大貢獻

  博學的祖沖之在天文方面,也有一番作為呢!我們都知道一年有365天是很基本的常識,也就是地球繞太陽一周所需要的時間差不多是365天。祖沖之曾經仔細的算出地球繞日一周的時間是365.24281481天,只和現今精準儀器所測量的相差50多秒呢!

  同時,他提出了當代最好的曆法「大明曆」。不幸的是,在祖沖之的官途上,出現小人戴法興,他強烈反對大明曆,使得祖沖之在死前仍見不到大明曆受到採用,最後竟然失傳了!

 

祖沖之還是機械發明家呢?

  由於他的淵博學問名揚千里,朝廷選派他到當時的學術研究機關,也就是和現在「中央研究院」一樣的「華林學省」。在這兒,祖沖之也進行了許多科學的研究,他不僅僅讓失傳已久的指南車原貌再現,也發明了能夠日行千里的「千里船」,並製造出類似孔明的「木牛流馬」運輸工具。看來祖沖之不只是數學家、天文家,更是一位偉大的機械發明家呢!

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