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第49章 杰出的数学家——祖冲之

祖冲之是中国南北朝时期杰出的数学家、天文学家和机械制造家。他为中国古代的科学发展做出了卓越的贡献,在历史上占有重要的地位。

祖冲之(429~500),字文远,南北朝时期著名数学家、天文学家。祖冲之祖籍范阳郡遒县(今河北涞水),为避战乱,祖冲之的祖父祖昌由河北迁至江南。祖昌曾任刘宋的“大匠卿”,掌管土木工程;祖冲之的父亲也在朝中做官,学识渊博,受人敬重。

祖冲之生于建康(今江苏南京)。祖家历代都对天文历法有研究,祖冲之从小就有机会接触天文、数学知识,在青年时代后,派他到“华林学省”做研究工作。公元461年,他在南徐州(今江苏镇江)刺史府里从事,先后任南徐州从事史、公府参军。公元464年他调至娄县(今江苏昆山东北)任县令。在此期间他编制了《大明历》,计算了圆周率。

宋朝末年,祖冲之回到建康任谒者仆射,此后直到宋灭亡一段时间后,他花了较大精力来研究机械制造。公元494年到498年之间,他在南齐朝廷担任长水校尉一职,受四品俸禄。鉴于当时战火连绵,他写有《安边论》一文,建议朝廷开垦荒地,发展农业,安定民生,巩固国防。

公元500年,72岁的祖冲之去世。

祖冲之在科学上的贡献,首先是对天文历法的改革。当时使用的历法是何承天花了四十年心血编制的《元嘉历》,这个历法虽然较过去的历法都好,但祖冲之经过亲自测算后,发现仍有许多不足。祖冲之决定重新编一本历法。经过多年辛苦的工作,终于在463年,也就是祖冲之33岁那年,他的新历法编制出来了,因这一年是刘宋孝武帝大明就赢得了博学多才的声誉。宋孝武帝听说六年,所以这部历法叫《大明历》。祖冲之将一年定为365.24281481天,与现代科学测算出来的数据相差不到50秒。可是,这部先进的历法却遭到权臣的阻挠,直到他死后十年才被采用。

公元464年,祖冲之35岁时,他开始计算圆周率。在祖冲之之前,中国数学家刘徽提出了计算圆周率的科学方法——“割圆术”。祖冲之在他的基础上,经过刻苦钻研,反复演算,将圆周率推算至小数点后7位数(即3.1415926与3.1415927之间),并得出了圆周率分数形式的近似值。

祖冲之计算得出的圆周率,外国数学家获得同样结果,已是一千多年以后的事了。为了纪念祖冲之的杰出贡献,有些外国数学家建议把圆周率π叫做“祖率”。

除了在计算圆周率方面的成就,祖冲之还与他的儿子一起,用巧妙的方法解决了球体体积的计算问题。他们当时采用的原理,在西方被称为“卡瓦列利”(Cavalieri)原理,但这是在祖冲之以后一千多年才由意大利数学家卡瓦列利发现的。为了纪念祖氏父子发现这一原理的重大贡献,数学上也称这一原理为“祖原理”。

祖冲之在数学上的贡献还不止这些,他曾提出“求差幂”和“开差立”问题。这在工程测算上有极大的用途。祖冲之还是一位杰出的机械制造专家,他重造了失传已久的指南车,研制出用水力推磨的水碓磨,也制造出了日行千里的机械船,在当时都是杰出的创造,代表着当时世界先进水平。

延伸阅读

“祖暅原理”的发明

祖冲之与他的儿子祖暅一起,用巧妙的方法解决了球体体积的计算。他们当时采用的一条原理是:“幂势既同,则积不容异。”意思是,位于两个平行平面之间的两个立体,被任一平行于这两个平面的平面所截,如果两个截面的面积恒相等,则这两个立体的体积相等。这一原理,在西方被称为卡瓦列利原理,但这是在祖氏以后一千多年才由卡氏发现的。为了纪念祖氏父子发现这一原理的重大贡献,大家也称这原理为“祖暅原理”。

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