祖冲之,字文远,范阳郡遒县(今河北涞源)人。公元429年生于建康(今江苏南京)一个官宦人家,虽原籍北方,但几代祖先都在江南做官且通晓历法。祖父掌管土木工程建筑,父亲也学识渊博。他从小有机会接受家传科学知识,青年时代进入专门研究学术的华林学省学习研究。祖冲之曾作过州从事史,公府参军,县令,最高官至长水校尉,享受四品俸禄,公元500年去世。
祖冲之是中国古代一位伟大的数学家和天文学家,生平著作很多,内容也是多方面的。在数学方面的论著,不幸均已失传。在历代国内外的各种图书目录中,可以见到他所写的数学著作的书名有“缀术”6卷,“九章算术义注”9卷,“重差注”1卷。在天文历法方面,他编制成“大明历”,并为大明历写了“驳议”。在古代典籍的注释方面,祖冲之有“易义”、“老子义”、“庄子易”、“释论语”、“释孝经”等著作,但亦均失传。文学作品方面他著有“述异记”10卷,在“太平御览”等书中可以看到这部著作的片断。
从青年时起,祖冲之便对天文学和数学发生了兴趣。他把从上古时起直至他生活时代的各种文献、记录、资料,几乎全部搜罗来进行研究,并且亲自进行精密的测量和仔细的推算。正像他自己所说的那样,“亲量圭尺,躬察仪漏,目尽毫厘,心穷筹策”。他对刘歆、张衡、郑玄、阚译、王番、刘徽等科学家的工作进行了仔细研究,一一驳正了他们的错误,导出了许多极有价值的结果。准确到7位有效数学的园周率数值便是人所共知的例子。
园周率π的计算,标志着一个国家和民族的数学水平。中国古代也和世界上任何文化开发较早的国家和地区一样,人们最早使用的园周率是3。这一误差很大的数值一直沿用到汉代。入汉以后,对园周率的改进吸引了不少科学家的注意,都作了一些工作。最为重要的是魏晋时期的数学家刘徽,他用“割园术”计算出的园周率为3.14。
关于祖冲之在园周率方面的工作,其史料仅见于《隋书律历志》中还记载说,祖冲之还给出了园周率的两个近似分数值:
密率:π=355/113,小数点后6位准确,
约率:π=22/7,小数点后2位准确。
在欧洲,1100多年后才算得355/113这一数值,被称为“安东尼兹率”。日本数学家三上义夫在1912年提出应称π=355/113为“祖率”。
关于祖冲之是如何算得如此精密的结果,没有任何史料流传下来,这是非常遗憾的。不过根据当时的情况判断,祖冲之用的仍是刘徽的“割园术”。果真如此的话,祖冲之需要计算出园内接正12288边形和正24576边形的面积,要进行加、减、乘、除、开方等运算达130次以上,每次运算都要精确到9位数字,可以想象,在当时用罗列算筹来计算,是需要何等的精心与超人的毅力。 关于球体体积的计算,是祖冲之及其儿子祖(日桓)在数学方面又一项了不起的成就。祖氏父子根据刘徽在“九章算术注”中担出的正确方法,求得了球体体积公式
球体积=4/3πγ3。
在导出球体积公式的过程中,祖氏父子总结出了所谓的“祖氏原理”。在西方这一原理被称为“卡瓦列里原理”,但它的发现者意大利数学家卡瓦列里(B.Cavalieri 1598~1647)比祖氏父子要晚1100多年。
祖冲之在天文历法方面的成就,大都包含在他所编制的大明历和为大明历所写的“驳议”中。祖冲之通过精密的观察测量,发现当时奉行的由前辈著名天文学家何承天所编制的元嘉历有不少错误,于是着手编制大明历,公元462年编成,时年只有33岁。祖冲之对历法的编制做出了很多创造性的贡献,大明历是这个时代一部最好的历法,但是却遭到皇旁宠臣的反对。直到祖冲之死后10年,由于他儿子祖(日桓)的坚决请求,经过实际天象的校验,大明历才得以正式颁行。
祖冲之给我们的启示
在浩瀚的夜空里有一颗小行星,在遥远的月亮背面上有一座环形山,它们都是以我国古代一位科学家的名字来命名的.他就是祖冲之(429—500),我国南北朝时代杰出的数学家、天文学家和机械制造专家. 祖冲之出生在一个世代对天文历法都有所研究的家庭,受环境熏陶他自幼就对数学和天文学有着非常浓厚的兴趣.《宋书律历志》中,祖冲之有这样的自述:“臣少锐愚,尚专攻数术,搜练古今,博采沈奥.后将夏典,莫不摸量,周正汉朔,咸加该验……此臣以俯信偏识,不虚推古人者也……”.由此可见,祖冲之从小时起便搜集、阅读了前人的大量数学文献,并对这些资料进行了深入系统的研究,坚持对每步计算都做亲身的考核验证,不被前人的成就所束缚,纠正其错误同时加之自己的理解与创造,使得他在以下三方面对我国古代数学有着巨大的推动::
一是圆周率的计算.他算得 3.1415926<<3.1415927且取为密率。的取值范围及密率的计算都领先国外千余年.
二是球体积的计算.祖冲之与他的儿子祖恒一起找到了球体积的计算公式.这其中所用到的“祖恒原理”,“幂势既同则积不容异”,即等高处横 截面积都相等的两个几何体的体积必相等.直到一千一百年后,意大利数学家卡瓦利里(B.Cavalieri)才提出与之有相仿意义的公理.
三是注解《九章算术》,并著《级术》.《缀术》在唐代做为数学教育的课本,以“学官莫能究其深奥”而著称,可惜这部珍贵的典籍早已失传.
祖冲之在数学上的这些成就,使得这个时期在数学的某些方面“中国人不仅赶上了希腊人”,甚至领先他们一千年.
从祖冲之逝世至今已有一千五百周年了,祖冲之的科学成就对我们中学生又有什么样的启示呢?
首先,我们应学习他“按练古今,博采沈臭”的治学方法和精神.比如,祖冲之曾对《九章算术》做过注解,这不仅需要阅读前人留下的大量文献资料,而且要对别人的成果进行深人的思考与分析,才能为自己所用.在我们的学习过程中,既要认真学好课本上的基础知识,并广泛阅读以开阔眼界,又要多思多想多动手,同时注重与他人的交流.这样我们才能把书本上的知识变成自己头脑中的知识,使他人成功的经验为己所用.
其次,我们要学习祖冲之“不虚推古人”的态度,时刻有创新的意识.在。的计算史上,刘歆、张衡及刘徽都曾得到非常出色的结果,他们所用的算法也是当时世界上极为先进的.但祖冲之并不满足于前人已有的结果,他在刘徽割圆术的基础上“更开密法”,计算出位于3.1415926与3.1415927之间,直到千年以后外国数学家才求出更精确的数值.何承天曾得到圆周率的约率,祖冲之更进一步得到密度率(日本学者三上义夫把它定名为“祖率”),所用的算法已“走上了近代渐近值论的大道.”祖冲之对的计算过程对我们可以有这样的启示:凡事不应满足前人已有的成果,停步不前,创新意识要时刻存在于我们的头脑中.
最后,我们应该学习祖冲之那种坚韧不拔的毅力与不怕吃苦的精神.祖冲之坚持对前人的结果“咸加该验”,付出了巨大的劳动.正是因为他这种严谨的治学态度及坚韧不拔的毅力,才算出了名垂千古的圆周率及祖率,才写出了《缀术).今天,我们如果有他这样的精神与毅力,学习定会更加出色,做任何事的结果都将是“成功”.
特别地,我们可以从祖冲之身上看到数学是非常有用的.祖冲之曾制订《大明历》,导致历史上有名的历法改革,这是他用数学研究天文学的最大成果。中国古代的数学最大的特点就是实用思想,祖冲之继承了这一传统。今天的世界是高科技的时代,高科技的发展更是离不开数学.生活中的事物总是与数学相关的,只要用心我们就会发现数学无处不在,关键在于是否具有用数学的意识.
华罗庚先生在1964年曾说:“祖冲之虽已去世一千四百多年,但他的广泛吸收古人成就而不为其所拘泥、艰苦劳动、勇于创造和敢于坚持真理的精神,仍旧是我们应当学习的榜样.”公元2000年恰逢这位伟大的先人逝世一千五百周年,纪念他的同时,特别需要以他的科学精神与方法勉励我们不断进步,以新的进取创新的精神走进新世纪.
祖冲之(429年—500年),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(今河北涞源),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。
祖冲之公元429年生于建康(今江苏南京)。祖家历代都对天文历法素有研究,祖冲之从小就有机会接触天文、数学知识。在青年时代祖冲之就博得了博学多才的名声,宋孝武帝听说后,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年祖冲之在他72岁时去世。
祖冲之的主要成就在数学、天文历法和机械制造三个领域。此外祖冲之精通音律,擅长下棋,还写有小说《述异记》。祖冲之著述很多,但大多都已失传。祖冲之是一位少有的博学多才的人物。
祖冲之的儿子祖暅也是中国古代著名数学家。
为纪念这位伟大的古代科学家,人们将月球背面的一座环形山命名为“祖冲之环形山”,将小行星1888命名为“祖冲之小行星”。
祖冲之在天文历法方面的贡献
祖冲之在天文历法方面的成就,大都包含在他所编制的《大明历》及为《大明历》所写的《驳议》中。
在祖冲之之前,人们使用的历法是天文学家何承天编制的《元嘉历》。祖冲之经过多年的观测和推算,发现《元嘉历》存在很大的差误。于是祖冲之着手制定新的历法,宋孝武帝大明六年(公元462年)他编制成了《大明历》。大明历在祖冲之生前始终没能采用,直到梁武帝天监九年(公元510年)才正式颁布施行。《大明历》的主要成就如下:
区分了回归年和恒星年,首次把岁差引进历法,测得岁差为45年11月差一度(今测约为70.7年差一度)。岁差的引入是中国历法史上的重大进步。
定一个回归年为365.***********日(今测为365.***********日),直到南宋宁宗庆元五年(公元1199年)杨忠辅制统天历以前,它一直是最精确的数据。
采用391年置144闰的新闰周,比以往历法采用的19年置7闰的闰周更加精密。
定交点月日数为27.21223日(今测为27.21222日)。交点月日数的精确测得使得准确的日月食预报成为可能,祖冲之曾用大明历推算了从元嘉十三年(公元436年)到大明三年(公元459年),23年间发生的4次月食时间,结果与实际完全符合。
得出木星每84年超辰一次的结论,即定木星公转周期为11.858年(今测为11.862年)。
给出了更精确的五星会合周期,其中水星和木星的会合周期也接近现代的数值。
提出了用圭表测量正午太阳影长以定冬至时刻的方法。