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文理通吃的古代数学家——祖冲之

华院君 华院计算 2022-06-25

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作为中国著名的数学家,天文学家,机械发明家,祖冲之对中国古代数学史,世界数学史都产生了极为深远的影响。这得益于祖氏优渥的家庭教育,也源于祖冲之钻研继承的科学精神。

 

据史书记载,祖冲之出生书香门第,在祖父和父亲的良好教育下,祖冲之幼年时就阅读了大量的文学,天文和数学书籍,也奠定了他日后从事研究的方向。由于他勤奋好学,孜孜不倦的努力,使得祖冲之在青年时就博得博学多才的美誉。

理之大成


祖冲之在数学领域的造诣可谓高标卓识。制造指南车,研制水碓磨,制造日行百余里的行船,最重要的是计算出圆周率π之后第7位精确小数,并且还按照当时都用分数的计算习惯,给出圆周率π两个分数形式:一个是355/113,约等于3.1415927,祖冲之称它为“密率”,另一个是22/7,约等于3.14,祖冲之称它为“约率”。


 

祖冲之对圆周率数值的精确推算值,对于中国乃至世界都是一个重大贡献。虽然不是世界上最早研究圆周率的人,但他却是第一个将圆周率精确到小数点第七位的人。因此,世界纪录协会称他为世界上第一位将圆周率值计算到小数第7位的科学家,并将“约率”用他的名字命名为“祖冲之圆周率”,简称“祖率”。


祖冲之还与儿子祖暅运用“幂势既同,则各不容异”解决了球体体积计算问题。这里“幂”指截面积,“势”指立体的高,即“夹在两平行平面间的两个立体,被平行于两平面的任意平面所截,所截得的两个截面面积总相等,则两者的体积也相等”。据传,这一原理被祖冲之编著的《缀术》完整记录下来。


《缀术》是中国历史上很有价值的科学著作之一,内容丰富且深奥,据说祖冲之推算圆周率的过程也被详尽记录其中,而且,此书在隋唐被列为必学书目。但由于内容过于深奥,以致“学官莫能究其深奥,故而废而不理”,或许这就是这本书后来在北宋失传的原因之一。


文之大才

祖冲之一生著作卓越,《隋书·经籍志》中录有《长水校尉祖冲之集》五十一卷,在古代典籍的注释方面,著有《易义》、《老子义》、《庄子义》、《释论语》、《释孝经》等著作,文学方面著有《述异记》,但除了《述异记》可以在《太平御览》中看到片断之外,其它书籍都已佚。


不过,他被世代后人为之称颂的还是他编著的《大明历》,这是一部对中国历法有着非比寻常意义的天文学著作。首先,他将“岁差”首次引入历法,精确算出岁差是每四十五年十一个月后退一度,并将一个回归年长规定为365.2428日。其次,他区分出恒星年和回归年,提出用圭表测量正午太阳影长以确定冬至时刻的方法。最后,他改进了闰法,以3991年144个闰月取代了旧历法中的19年7个闰月,使之更加符合实际天象。祖冲之还计算出“交点月”的日数是27.21223日,这与近代所测得的日数27.21222日相当接近。

官之大道


祖冲之一生为官,先后担任县令、公府参军、长水校尉等职务,但他并非贪恋权利之人,宦海沉浮并不妨碍他潜心治学,《大明历》就是他在华林学省主持文史和科研工作时完成的。由于晚年时期正值南齐朝政动荡,民不聊生之时,祖冲之心境当时也发生变化,进而影响研究方向的变化。他开始关心政治,曾写《安边论》建议政府开垦荒地,巩固边防,但终因统治阶级内部矛盾尖锐、朝政摇摇欲坠,他的政治主张最终无法实现。

观其一生


祖冲之能够取得如此极致高深的科学成就,关键就在于他 “不虚推古人”,在尊重前人研究成果的基础上,善于汲取前人的知识和经验,却不会把自己束缚在古人陈腐的错误结论之中。对所进行的研究,必“亲量圭尺,躬察仪漏,目尽毫厘,心穷筹策”,因而在数学、历法、机械制造上不断取得突破性成果。他一生所秉持的科学精神,孜孜以求的实践探索精神和创新精神是他取得巨大成就的关键。作为我国历史杰出的数学家、天文学家以及机械发明家,不但为我国数学的发展,乃至世界的数学发展过程都作出巨大贡献。


参考文献

1.勾焕茹,张静.祖冲之科学成就探因及启示[J].河北软件职业技术学院学报,2019(第1期):77.

2. 祖冲之百度百科

3. 罗宋汤的味道. 祖冲之:不止属于中国,更是属于世界的伟大科学家


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