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3.1415926誰發明的

時間: 玉玲2 歷史事跡

  你會背圓周率的多少位啊,3.1415926...那么你知道圓周率是誰發明的嗎?下面是學習啦小編給您精心準備的資料,歡迎閱讀!

  3.1415926誰發明的:祖沖之

  中國圓周率是祖沖之發明的。

  (Pi)是圓的周長與直徑的比值,一般用希臘字母π表示,是一個在數學及物理學中普遍存在的數學常數。π也等于圓形之面積與半徑平方之比。是精確計算圓周長、圓面積、球體積等幾何形狀的關鍵值。

  在分析學里,π可以嚴格地定義為滿足sinx=0的最小正實數x。圓周率用字母(讀作pài)表示,是一個常數(約等于3.1415926535897932),是代表圓周長和直徑的比值。它是一個無理數,即無限不循環小數。

  在日常生活中,通常都用3.14代表圓周率去進行近似計算。而用十位小數3.141592654便足以應付一般計算。即使是工程師或物理學家要進行較精密的計算,充其量也只需取值至小數點后幾百個位。

  古書的記載只有《隋書·律歷志》中一段文字:“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。”也就是說,祖沖之給出了圓周率介于3.1415926和3.1415927之間這個答案,以及兩個π的近似數355/113和22/7。

  求算圓周率的值是數學中一個非常重要也是非常困難的研究課題。中國古代許多數學家都致力于圓周率的計算,而公元5世紀祖沖之所取得的成就可以說是圓周率計算的一個躍進。祖沖之經過刻苦鉆研,繼承和發展了各位數學家、科學家前輩的優秀成果。祖沖之對于圓周率的研究,就是祖沖之對于我國乃至世界的一個突出貢獻。祖沖之對圓周率數值的精確推算值,用他的名字被命名為“祖沖之圓周率”,簡稱“祖率”。

  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。我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。

  西漢末年劉歆在為王莽設計制作圓形銅斛(一種量器)的過程中,發現直徑為一、圓周為三的古率過于粗略,經過進一步的推算,求得圓周率的數值為3.1547。

  東漢著名科學家張衡推算出的圓周率值為3.162。三國時,數學家王蕃推算出的圓周率數值為3.155。

  魏晉之際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。他設圓的半徑為1,把圓周六等分,作圓的內接正六邊形,用勾股定理求出這個內接正六邊形的周長;然后依次作內接十二邊形,二十四邊形……,至圓內接一百九十二邊形時,得出它的邊長和為6.282048,而圓內接正多邊形的邊數越多,它的邊長就越接近圓的實際周長,所以此時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。

  在割圓術中,劉徽已經認識到了現代數學中的極限概念。他所創立的割圓術,是探求圓周率數值的過程中的重大突破。后人為紀念劉徽的這一功績,把他求得的圓周率數值稱為“徽率”或稱“徽術”。

  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。以上的科學家都為圓周率的研究推算做出了很大貢獻,可是和祖沖之的圓周率比較起來,就遜色多了。

  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。

  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。我國古代勞動人民在生產實踐中求得的最早的圓周率值是“ 3”,這當然很不精密,但一直被沿用到西漢。后來,隨著天文、數學等科學的發展,研究圓周率的人越來越多了。西漢末年的劉歆首先拋棄“3”這個不精確的圓周率值,他曾經采用過的圓周率是3.1547。東漢的張衡也算出圓周率為π=3.1622。這些數值比起π=3當然有了很大的進步,但是還遠遠不夠精密。到了三國末年,數學家劉徽創造了用割圓術來求圓周率的方法,圓周率的研究才獲得了重大的進展。

  用割圓術來求圓周率的方法,大致是這樣:先作一個圓,再在圓內作一內接正六邊形。假設這圓的直徑是2,那么半徑就等于1。內接正六邊形的一邊一定等于半徑,所以也等于1;它的周長就等于6。如果把內接正六邊形的周長6當作圓的周長,用直徑2去除,得到周長與直徑的比π=6/2=3,這就是古代π=3的數值。但是這個數值是不正確的,我們可以清楚地看出內接正六邊形的周長遠遠小于圓周的周長。

  如果我們把內接正六邊形的邊數加倍,改為內接正十二邊形,再用適當方法求出它的周長,那么我們就可以看出,這個周長比內按正六邊形的周長更接近圓的周長,這個內接正十二邊形的面積也更接近圓面積。從這里就可以得到這樣一個結論:圓內所做的內接正多邊形的邊數越多,它各邊相加的總長度(周長)和圓周周長之間的差額就越小。

  從理論上來講,如果內接正多邊形的邊數增加到無限多時,那時正多邊形的周界就會同圓周密切重合在一起,從此計算出來的內接無限正多邊形的面積,也就和圓面積相等了。不過事實上,我們不可能把內接正多邊形的邊數增加到無限多,而使這無限正多邊形的周界同圓周重合。

  只能有限度地增加內接正多邊形的邊數,使它的周界和圓周接近重合。所以用增加圓的內接正多邊形邊數的辦法求圓周率,得數永遠稍小于π的真實數值。劉徽就是根據這個道理,從圓內接正六邊形開始,逐次加倍地增加邊數,一直計算到內接正九十六邊形為止,求得了圓周率是3.141024。

  把這個數化為分數,就是157/50。劉徽所求得的圓周率,后來被稱為“徽率”。他這種計算方法,實際上已具備了近代數學中的極限概念。這是我國古代關于圓周率的研究的一個光輝成就。祖沖之在推求圓周率方面又獲得了超越前人的重大成就。根據《隋書·律歷志》的記載,祖沖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。圓周率真值正好在盈朒兩數之間。

  《隋書》只有這樣簡單的記載,沒有具體說明他是用什么方法計算出來的。不過從當時的數學水平來看,除劉徽的割圓術外,還沒有更好的方法。祖沖之很可能就是采用了這種方法。因為采用劉徽的方法,把圓的內接正多邊形的邊數增多到24576邊時,便恰好可以得出祖沖之所求得的結果。

  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”。

  另一個是了(約等于3.14),這一個數比較粗疏,所以祖沖之稱它為“約率”。在歐洲,直到1573年才由德國數學家渥脫求出了355/113這個數值。因此,日本數學家三上義夫曾建議把355/113這個圓周率數值稱為“祖率”,來紀念這位中國的大數學家。由于祖沖之所著的數學專著《綴術》已經失傳,《隋書》又沒有具體地記載他求圓周率的方法,因此,我國研究祖國數學遺產的專家們,對于他求圓周率的方法還有不同的見解。

  祖沖之究竟是否同時用過內接和外切這兩個方法求出圓周率的朒數和盈數,是沒有確切史料可以證實的。但是采用這個辦法所求出的朒、盈兩個數值,和祖沖之原來所求出的結果大體是一致的。所以有些數學史家認為祖沖之曾用過作圓的外切正多邊形的方法求得圓周率,是很近情理的推想。

  但是根據另一些數學史家的研究,盈、朒兩數也可以由計算圓內接正12288邊形和正24576邊形的邊長而得出來。不過這種計算比較難懂,這里不說了。

  盡管說法有出入,但是祖沖之曾經求得“密率”,并且明確地用上、下兩限來說明圓周率這個數值的范圍,是可以肯定的。在一千五百年前,他有這樣的成就和認識,真值得我們欽佩。

  在推算圓周率時,祖沖之付出了不知多少辛勤的勞動。如果從正六邊形算起,算到24576邊時,就要把同一運算程序反復進行十二次,而且每一運算程序又包括加減乘除和開方等十多個步驟。我們用紙筆算盤來進行這樣的計算,也是極其吃力的。

  當時祖沖之進行這樣繁難的計算,只能用籌碼(小竹棍)來逐步推演。如果頭腦不是十分冷靜精細,沒有堅韌不拔的毅力,是絕對不會成功的。祖沖之頑強刻苦的研究精神,是很值得推崇的。祖沖之死后,他的兒子祖暅(gèng)繼續父親的研究,進一步發現了計算圓球體積的方法。

  在我國古代數學著作《九章算術》中,曾列有計算圓球體積的公式,但很不精確。劉徽雖然曾經指出過它的錯誤,但究竟應當怎樣計算,他也沒有求得解決。經祖暅刻苦鉆研,終于找到了正確的計算方法。他所推算出的計算圓球體積的公式是:圓球體積=π/c D(D代表球體直徑)。這個公式一直到今天還被人們采用著。

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