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我國南北朝時代的祖沖之把圓周率的精確度推算到多少位?

 推 薦 文 章
更新時間:2022-05-18
我國南北朝時代的祖沖之把圓周率的精確度推算到多少位?
 
第七位.他推算圓周率在3.1415926~3.1415927之間.
 
注意!!!祖沖之求圓周率,具體用的是什麼方法,現在學術界還在爭論不休,割圓術是劉徽的,至於祖沖之是否用的割圓術,至今沒有定論!大家只是猜測他可能使用的是割圓術而已。
“祖沖之關於圓周率的研究工作和其他重大貢獻記載在《綴術》一書中,可惜這部內容豐富的數學專著後來失傳了。因此,祖沖之推算圓周率的方法現在已經無法查考。”



相關資料:
劉徽割圓術

在解決求圓周長、圓面積、球體積等類問題的時候,經常要用到圓周率л。圓周率л可以表示成無限不循環小數

3.1415926535……。

近代數學已經證明,圓周率л是一個不能用有限次加減乘除和開各次方等代數運算術出來的數,就是所謂“超越數”。

中國在兩漢之前,一般采用的圓周率是“周三徑一”,也就是л=3。很明顯,這個數值非常粗糙,用它進行計算會造成很大的誤差。隨著生產和科學的發展,“周三徑一”就越來越不能滿足精確計算的要求。因此,人們開始探索比較精確的圓周率。例如,據公元一世紀初制造的律嘉量斜(一種圓柱形標准量器)推算,它所取的圓周率是3.1547。公元二世紀初,東漢天文學家張衡在《靈憲》中取用≈3.1466,又在球體積公式中取用≈3.1622。三國時期吳人王蕃(228—266)在渾儀論說中取≈3.1556。上述這些圓周率近似值,比起古率“周三徑一”,精確度有所提高,其中圓周率值還是世界上最早的記錄。但是這些數值大多是經驗結果,還缺乏堅實的理論基礎,因此,研究計算圓周率的科學方法仍然是十分重要的工作。

魏晉之際的傑出數學家劉徽,在計算圓周率方商,作出了非常突出的貢獻。他在為古代數學名著《九章算術》作注的時候,正確地指出,“周三徑一”不是圓周率值,實際上是圓內接正六邊形周長和直徑的比值。用古法計算圓面積的結果,不是圓面積,而是圓內接正十二邊形面積。經過深入研究,劉徽發現圓內接正多邊形邊數無限增加的時候,多邊形周長無限逼近圓周長,從而創立割圓術,為計算圓周率和圓面積建立起相當嚴密的理論和完善的算法。

劉徽割圓術的主要內容和根據是:

第一,圓內接正六邊形每邊的長等於半徑。

第二,根據勾股定理,從圓內接正л邊形每邊的長,可以求出圓內接正2л邊形每邊的長。

第三,從圓內接正л邊形每邊的長,可以直接求出圓內接正2л邊形面積。如右圖,四邊形oadb的面積等於半徑od和正л邊形邊長ab乘積的一半。

第四,圓面積s滿足不等式

s2n<s<s2n+(s2n-sn)。

如右圖,四邊形oadb的面積和劉徽割圓術示意圖。△oab的面積的差等於以ad和db為弦的兩個直角三角形面積。而oadb的面積再加上這樣兩個直角三角形的面積,就有一部分超出圓周了。

第五,劉徽指出:“割之彌細,所失彌少。割之又割,以至於不可割,則與圓周合體而無所失矣。”(《九章算術》方田章圓田術劉徽注)這就是說,圓內接正多邊形的邊數無限增加的時候,它的周長的極限是圓周長,它的面積的極限是圓面積。

劉徽根據割圓術從圓內接正六邊形算起,邊數逐漸加倍,相繼算出正十二邊形,正二十四邊形,……以至於正九十六邊形每邊的長,並且求出正一百九十二邊形的面積。s192=。這相當於求得л=3.141024。他在實際計算中,采用了л=3.14=。不僅這樣,劉徽還繼續求到圓內接正三千零七十二邊形的面積,驗證了前面的結果,並且得出更精確的圓周率值

л==3.1416。

劉徽的割圓術,為圓周率研究工作奠定了堅實可靠的理論基礎,在數學史上占有十分重要的地位。他所得到的結果在當時世界上也是很先進的。劉徽的計算方法只用圓內接多邊形面積,而無須外切形面積,這比古希臘數學家阿基米德(前287—前212)用圓內接和外切正多邊形計算,在程序上要簡使得多,可以收到享半功倍的效果。同時,為解決圓周率問題,劉徽所運用的初步的極限概念和直曲轉化思想,這在一千五百年前的古代,也是非常難能可貴的。

祖沖之圓周率

在劉徽之後,南北朝時期傑出數學家祖沖之,把圓周率推算到更加精確的程度,取得了極其光輝的成就。據《隋書·律歷志》記載,祖沖之確定了圓周率的不足近似值是3.1415926,過剩近似值是3.1415927,真值在這兩個近似值之間,就是

3.1415926<л<3.1415927。

同時,祖沖之還確定了圓周率的兩個分數形式的近似值:約率л=≈3.14,密率л=≈3.1415929。

祖沖之圓周率的不足近似值3.1415926和過剩近似值3.1415927,准確到小數點後七位,這在當時世界上非常先進,直到一千年以後,十五世紀阿拉伯數學家阿爾·卡西(?—1436)和十六世紀法國數學家韋達(1540—1603)才打破了祖沖之的記錄。

此外,在十進小數概念未充分發展以前,中國古代數學家和天文學家往往用分數表示常量的近似值。祖沖之提出的約率л=,前人已經用到過,密率л=,是他所發現的。密率是分子分母都在1000以內的分數形式的圓周率最佳近似值。用這兩個近似值計算,可以滿足一定精度的要求,並且非常簡便。祖沖之提出的密率也是一千年後才由德國人奧托(約1550—1605)和荷蘭人安托尼茲(1527—1607)重新得到。但是,在西方數學史上,л=經常稱為“安托尼茲率”。

我們知道,圓周率在生產實踐中應用非常廣泛,在科學不很發達的古代,計算圓周率是一件相當復雜和困難的工作。因此,圓周率的理論和計算在一定程度上反映了一個國家的數學水平。祖沖之算得小數點後七位准確的圓周率,正是標志著我國古代高度發展的數學水平,引起了人們的重視。自從我國古代燦爛的科學文化逐漸得到世界公認以後,一些人就建議把л=稱為“祖率”,以紀念祖沖之的傑出貢獻。

祖沖之關於圓周率的研究工作和其他重大貢獻記載在《綴術》一書中,可惜這部內容豐富的數學專著後來失傳了。因此,祖沖之推算圓周率的方法現在已經無法查考。
 
七位
 
中國的古代科學家祖沖之利用算籌,耗費15年心血,才把圓周率計算到小數點後7位數。一千多年後,英國人香克斯以畢生精力計算圓周率,才計算到小數點後707位。
 
祖沖之算出π的真值在3.1415926(朒數)和3.1415927(盈數)之間,相當於精確到小數第7位,成為當時世界上最先進的成就。
 

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