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7.刘徽和祖冲之

《九章算术》是我国古代重要的数学著作。在书中第一章“方田”和第五章“商功”中,叙述了各种形状物体的面积、体积的计算方法。

其实,春秋时期,墨子的《墨经》中阐述了许多几何学方面的概念,比如把圆定义为“一中同长”,就是说圆具有一个中心,而且圆周上的每个点到这个中心的距离都相等。《墨经》中还有两条十分精辟的几何命题,是《几何原本》里没有的。

我们的祖先对圆周率的研究成果更是走在西方学者的前面。

刘徽采用割圆术,从圆内接正六边形开始割圆,依次得正十二边形、正二十四边形……,割得越细,正多边形面积和圆面积之差越小。他计算了正3072边形面积,得到圆周率为3.1415和3.1416这两个近似值。刘徽得到的圆周率的近似值并不精确,但是他提出的计算圆周率的科学方法,已经含有极限思想了!

刘徽的研究成果是很多的,远不止计算圆周率这一项,他的著作《九章算术注》和《海岛算经》,是中国最宝贵的数学遗产。数学家吴文俊评价:刘徽在世界数学史上的地位可与阿基米德相提并论,我们低估了他。

祖冲之推算出圆周率介于3.141 592 6~3.141 592 7,是当时世界上最好的结果。而且,这项世界纪录保持了1000多年。为了纪念祖冲之,月球背面有一座环形山被命名为“祖冲之环形山”。祖冲之的儿子祖暅提出的计算球体积公式一直沿用至今,以他的名字命名的“祖暅原理”,比意大利数学家卡瓦列利的相同定理早了1100多年。

下面讲讲刘徽和祖冲之的小故事。

刘徽避雨

有一日,刘徽在山崖下避雨,发现崖壁下有一裂缝,里面竟然是个小山洞。虽然这时刘徽很年轻,但已经有了科学家的特征:好奇心重。他想一探究竟,竟然住进小山洞不回家了。

他在山洞里干什么呢?他在研究八卦,并利用洞口的两棵树测量方位。家里人没有办法,只得每天让佣人给他送饭菜。

有一次,他吃饭时汤勺掉落,这个汤勺恰好掉在了一个“合适”的地方。

我们知道八卦图有一道弯弯的曲线,把一个圆分成了两部分(阴阳鱼)。每一部分里又有一个小圆点(鱼眼)。这只汤勺就落在画了八卦图的盘子的中心。

他发现,勺柄正指向洞口,他知道这是北极星的方向。他拨动一下汤勺,汤勺转动停下后,勺柄竟仍然指向洞口……

他反复摆弄这个汤勺,一会儿在洞里,一会儿又到洞外,一边摆弄一边思考这是什么道理。后来他发现,原来这个汤勺有磁性。尽管司南在当时已为人知晓并在运用,但刘徽的钻研精神也非常了不起。

后来,人们就把他这个避雨洞叫作北极洞。当然这只是个传说,谁也没有考证过这个洞在何方。

祖冲之对经书不感兴趣

祖冲之出身技术官员家庭,祖父是宋朝的一个管理朝廷建筑的官吏。

当时社会上重文轻理。祖冲之9岁时,父亲祖朔之逼着他读《论语》。只有9岁的孩子面对这种枯燥、深奥的文字,死记硬背,太苦了。两个月,小冲之只背了十几行。

父亲教训他说:“你要用心读经书,将来就可以做大官。不然,只能做乞丐。”

祖父看到这种情况,觉得不能把孩子硬关在书房里念书,就领小冲之到他负责的建筑工地上去开眼界、长见识。小冲之随祖父到了工地上,处处感到新鲜,东奔西跑,问这问那。

“屋檐上的翘角弯弯的,是怎么画出来的?”

“月亮为什么有时圆有时缺?”

“月亮里有嫦娥吗?”

祖父还教他看天文书,这样一来,小冲之像换了个人一样,完全没有懒散的样子。后来祖父干脆把他引荐给著名天文学家何承天,何承天是当时负责历法的官员。

何承天问小冲之:“研究天文是很苦的,没日没夜地观察天象,还要进行反复的计算。你喜欢它,何苦呢?”

小冲之回答:“喜欢了就不觉得苦。”

何承天又问:“研究天文,一不能升官,二不能发财,你为什么要学习它呢?”

小冲之回答:“我不求升官发财,只想弄清天上日月星辰的秘密。”

何承天听罢笑得合不拢嘴,说:“好,我收你为徒了。”

祖冲之后来成长很快,在天文方面研制了大明历,在数学上把圆周率算到小数点后7位。要知道,当时的计算工具就是筹算,要计算出这样的结果是很困难的,想来他应该有“绝招”。可惜,记录祖冲之绝招的一本书《缀术》已经失传。

推行新历

我国历代都有研究天文的官员,并且根据天文研究的结果来制定历法。到了南北朝的时候,祖冲之认为现行历法还不够精确。他根据长期观察的结果,创制出一部新的历法,叫作“大明历”。大明历测定的每一年的天数,跟现代科学测定的只相差约50秒,可见它的精确度是很高的。而且当时没有望远镜这些先进的设备,得到这个成果是很不容易的。

公元462年,祖冲之请求孝武帝颁布新历,但是一个有权有势的大臣戴法兴出来反对,他认为祖冲之擅自改变古历,是离经叛道的行为。他不知道与时俱进,实在荒唐。

祖冲之当场用自己研究的数据回驳了戴法兴。戴法兴倚仗皇帝这个靠山,蛮横地说:“历法是先人制定的,我们后人应该老老实实地遵循祖训,不应该改动。”

面对强权,祖冲之心怀真理一点也不畏惧,坚持主张推行新历。

宋孝武帝心向戴法兴,于是找了一些懂得历法的人跟祖冲之辩论,结果都一一被祖冲之驳倒了。但是宋孝武帝还是不肯颁布新历。直到祖冲之死后十年,他创制的大明历才得以施行。 0nOgYV48f9LmNEzos3zrJouHvFLgCIl+7UfDOHAzbKfVhdEq+Ut5MxH45kxUzSn6

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