祖冲之与圆周率的故事是什么?

栏目:古籍资讯发布:2023-10-21浏览:5收藏

祖冲之与圆周率的故事是什么?,第1张

祖冲之自幼喜欢数学,在父亲和祖父的指导下学习了很多数学方面的知识。一次,父亲从书架上给他拿了一本《周髀算经》,这是一本西汉或更早的著名的数学书。书中讲到圆的周长为直径的3倍。于是,他就用绳子量车轮,进行验证,结果却发现车轮的周长比车轮直径的3倍还多一点。他又去量盆子,结果还是一样。他想圆周并不完全是直径的3倍,那么圆周究竟比3个直径长多少呢?在汉以前,中国一般用三作为圆周率数值,即“周三径一”。这在计算圆的周长和面积时,误差很大。祖冲之在刘徽创造的用“割圆术”求圆周率的科学方法基础上,运用开密法,经过反复演算,求出圆周率为:31415927>π>31415926。这是当时世界上最精确的数值,他也成为世界上第一个把圆周率的准确数值计算到小数点以后第7位数字的人。直到1000多年后,这个纪录才被欧洲人打破。圆周率的计算,是祖冲之在数学上的一项杰出贡献,有外国数学史家把π叫做“祖率”。

我国有关圆周率记载的最早书籍是《周髀算经》

《周髀(bì)算经》乃是算经的十书之一。约成书于公元前1世纪,原名《周髀》,它是我国最古老的天文学著作,主要阐明当时的盖天说和四分历法。唐初规定它为国子监明算科的教材之一,故改名《周髀算经》。《周髀算经》在数学上的主要成就是介绍了勾股定理及其在测量上的应用以及怎样引用到天文计算。《周髀算经》记载了勾股定理的公式与证明,相传是在商代由商高发现,故又有称之为商高定理;三国时代的赵爽对《周髀算经》内的勾股定理作出了详细注释,又给出了另外一个证明引。

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  祖冲之(429~500),范阳郡遒县(现河北省)人,是南北朝时期的伟大数学家、天文学家、物理学家。他一生有许多卓越成就,其中最重要的是对圆周率的推算。

 “圆周率”是说一个圆的周长同它的直径有一个固定的比例。我们的祖先很早就有“径一周三”的说法,就是说,假如一个圆的直径是1尺,那它的周长就是3尺。后来,人们发现这个说法并不准确。东汉的大科学家张衡认为应该是3162。三国到西晋时期的数学家刘徽经过计算,求出了314的圆周率,这在当时是最先进的,但是刘徽只算到这里就没有继续算。祖冲打算采用刘徽“割圆术”(在圆内做正6边形,6边形的周长刚好是直径的3倍,然后再做12边形、24边形……边数越多,它的周长就和圆的周长越接近)的方法算下去。

 在当时的情况下,不但没有计算机,也没有笔算,只能用长4寸,方3寸的小竹棍来计算。工作是艰巨的,这时祖冲之的儿子也能帮助他了。

 父子俩算了一天又一天,眼睛熬红了,人也渐渐瘦了下来,可大圆里的边形却越画越多,3072边、6144边……边数越多,边长越短。父子俩蹲在地上,一个认真地画,一个细心地算,谁也不敢走神。

 最后,他们在那个大圆里画出了24576边形,并计算出它的周长是31415926。

 俩人看看摆在地上密密麻麻的小木棍,再看看画在地上的大圆里的图形,高兴地笑了。

 后来,祖冲之推算出,49152边形的周长不会超过31415927。所以,他得出结论,圆周率是在31415926和31415927这两个数之间。

 祖冲之是世界上第一个计算圆周率精确到小数点后7位的人,比欧洲人早了1000多年,这是多么了不起的贡献啊!

圆周率并不是通过先作圆,然后量周长和直径,最后算出来的。因为这样做的误差很大,测量误差不可避免。事实上,古代数学家在很长一段时间里都是用几何方法来计算圆周率。

祖冲之算圆周率所使用的方法是刘徽发明的割圆术,这与阿基米德所用的方法有些不同。阿基米德通过做圆的外切和内接正多边形,来计算圆周率的上下限,因为边数越多的正多边形越接近于圆。

刘徽的割圆术基于圆的内接正多边形,他用正多边形的面积来逼近圆的面积。分割越多,内接正多边形和圆之间的面积越来越小,两者越来接近。无限分割之后,内接正多边形和圆将会合二为一。

知道正3×2^n边形的边长之后,再根据刘徽多边形面积公式,可以算出正6×2^n边形的面积。根据上述正多边形边长的迭代公式,不断的把圆分割下去,圆面积的计算精度会越来越高。

在刘徽的方法中,引入了极限和无穷小分割的思想。刘徽的方法更为巧妙,也更为简洁。刘徽算到了正3072边形,结果得到的圆周率为31416。

祖冲之在刘徽割圆术的基础上,算到了正24576边形,并根据刘徽圆周率不等式,确定了圆周率的下限(肭数)为31415926,上限(盈数)为31415927。并且,祖冲之还顺便给出了圆周率的一个近似分数355/113,其前六位都是正确的。

祖冲之与圆周率的故事是什么?

祖冲之自幼喜欢数学,在父亲和祖父的指导下学习了很多数学方面的知识。一次,父亲从书架上给他拿了一本《周髀算经》,这是一本西汉或更早的...
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