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
容易,可真正做起来就难了。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。算筹从春秋战国时出现,到明代被珠算代替,在【粉丝网】 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。
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。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!