自从祖冲之认为刘徽的“割圆术”是非常好的求圆周率的方法后,他就决心按着刘徽开创的路子继续走下去。因为当时刘徽用“割圆术”求圆周率只算到96边,得出3.14后就没再继续算下去这还不能说是精确的圆周率。要想求出精确的圆周率,只有象刘微说的那样,“割而又割,以至于不可割”,一步一步地计算出192边形,384边形,768边形,1536边形……
这件事情说说是【趣探网】 因为当时还不会现在 的 笔算,更不用说用其它先进的 算法,一切计算只能用“筹算”。筹算有 点象珠算,用“算筹”作工具,摆成纵式和 横式两种数字。
容易,可真正做起来就难了 。算筹从春秋战国时出现,到明代被珠算代替,在
我 国古代大约用了 二千年,曾发挥了很大的 作用。但 用算筹计算相当麻烦,又 很容易搞错。 当时刘徽计算圆周率时,算到96边形,得出3.14就已经感到相当困难了 ,所 以他没有 继续计算下去。祖冲之决定按刘徽的 办法继续计算。祖冲之在
作完《九章算术》的 注释后,就开始了 计算圆周率的 工作。他 先在 房间的 地 板上画了 个直径为一丈的 大圆,然 后按刘徽“割圆术”的 方法在 圆内作了 个正六边形。他 估计原来做算筹用的 小竹棍可能不够,又 亲自削了 若干,以备后用。计算圆周率确实是个艰巨的
工作。祖冲之爷儿俩一齐动手, 废寝忘食地 计算了 十几天才算到96边,也 就是 当年刘徽算到的地方。说来也 怪,他 们父子俩算出的 结果竞和 刘徽的 不一样。刘徽算出的 96边式每边长是0.032719丈,他 们的 是 0.032717丈,少了 “两丝”。祖暅说:“我们每一步都计算得非常仔细,保准没错,可能是刘徽错了。”
祖冲之听了
祖暅的 话,摇了摇头说:“刘微是 位办事精细的 数学家,我 们虽然 不能盲目地 相信他,但 要凭科学的 态度,不能凭想象。 ”“要重新检查一遍。”祖冲之说。
祖冲之和祖暅又重新计算了一遍,计算结果表明,刘微是对的。
祖冲之算出96边形的
周长后,又 继续向下计算。他 为了避免上次的错误,每计算一步都至少重复两遍,直到几次的 结果完全相同才罢休。时间也
不知过 了 多久,只知道杏花开了,桃花败了 ,红喷喷的 果实挂满了 枝头。祖冲之算到了 12288边形,得出结果是 3.14159251丈,祖冲之算到了 24576边形,得出结果是 3.14159261丈。这时,算筹已经从桌上摆到了 地 上,摆满了 一屋。祖冲之还想向 下计算,但 已经实在 无法计算了 ,只好就此停止。祖冲之认为,24576 边形的
边长比12288边形的 边长只增加上“一忽”(即0.0000001丈)以后不管怎么计算下去也 增加不了 一忽以上,所 以圆周率必然 大于3.1415926而小于 3. 1415927。于 是 他 得出了 二个结论:“以圆径一亿为一丈,圆周盈数三丈一尺四寸一分五厘九毫二丝七忽,朒数数三丈一尺四对一分五厘九毫二丝六忽,正数在 盈胸二限之间。”这个结论,用现代数学符号表示就是:
3.1415926< π<3.1415927
祖冲之得出的
这个结论,处于 世界领先的地 位,直到十五世纪,阿拉伯人阿尔.卡西才超过 了 祖冲之,把圆周率推算到17位有 效数字。但 这已经是 祖冲之以后一千年了 。 同时,祖冲之还是 我国数学史上第一个使用“上下二限”的数学家。所 谓“上下二限”,就是 把一个无理数的 大小限制在 一个范围内,如 祖冲之就把圆周率.限制在3.1415926和 3.1415927之间。祖冲之计算出精确的
圆周率,到底付出了 多少辛勤的 劳动?有人作了 一个计算:从六边形出发算到24576边形,要求把同一运算程序反复进行12次,每一运算程序又 包括加减乘除及开方等 十一个步骤,这样,祖冲之想要求得自己的 结果,就需要对9位数字的 大数目,反复进行各种运算130次以上。就是 在 今天,假如 我 们用纸笔来进行这样的计算,也 绝不是 一件轻松的 事,何况祖冲之是 用罗列小竹棍来进行计算呢!祖冲之在 计算出精确的 圆周率后,并没有 就此停止,他 为了 人们计算方便,还进一步找到了圆周率的 “约率”和 “密率”。约率π等
于 七分之二十二 密率π等 于 一百一十三分之三百三十五密率π这个数值,在
世界上也 一直遥遥领先,直到过 了 一千多年后,才由德国人奥托和 荷兰人安托尼兹重新得到。奇怪的 是 ,在 西方数学史上经常称密率为“安托尼兹率”,以为密率是 荷兰工程师安托尼兹的 发明,这是 非常可笑和 不合理的 。已故的 日本数学家三上义夫 曾建议将此率改称为“祖率”,以纪念祖冲之的 伟大贡献。祖冲之不但
注重实践,算出了 精确的 圆周率,还著书立说,为后世着 想。当时他 把自己在 计算圆周率中的 算法、体会以及平时对数学的研究成果综合起来,编了 一本书,叫作《缀术》。《缀术》的 内容非常深奧,史书记载说,连后来隋朝掌管天文和 数学的 一般官员都看不懂。《缀术》这本书在 我 国数学史上占有 重要的 地 位,是 汉唐一千多年间十部数学名著之一。在 唐朝时,不但 中国人学习这本书,就连日本人和朝鲜人也 苦心钻研,可见这本书之重要。但 是 ,现在 《缀术》这本书在 中国、朝鲜和 日本都已经失传了 ,真是 可惜!是于 直到今天,许多国内外学者对《缀术》内容的探讨仍抱着很大的兴趣!