祖冲之(429~500),南北朝时南朝科学家。字文远。祖籍河北涞水县,生于建康(南京)。其先祖、父亲先后在东晋时期的朝廷做官。在宋、齐两朝,祖冲之曾任地方小吏。他在前人刘徽创造的用割圆术求圆周率的科学方法基础上,运用开密法,推算出圆周率数值在3.1415926和3.1415927之间。这是当时世界上最精确的数值。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,有些外国数学史家建议把圆周率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。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”。
刘宋孝武帝大明年间(457~464),祖冲之完成了大明历。“大明历”中首次运用岁差测定每一回归年的天数,结果跟现代科学测定的只相差50秒。“大明历”的颁布在当时还引发了一场激烈的争论。
公元462年(宋大明六年),祖冲之把精心编成的《大明历》送给政府,请求公布实行。宋孝武帝命令懂得历法的官员对这部历法的优劣进行讨论。在讨论过程中,祖冲之遭到了以戴法兴为代表的守旧势力的反对。戴法兴是宋孝武帝的亲信大臣,很有权势。由于他带头反对新历,朝廷大小官员也随声附和,大家不赞成改变历法。
祖冲之不但精通天文、历法,他在数学方面的贡献,特别对“圆周率”研究的杰出成就,更是超越前代,在世界数学史上放射着异彩。
圆周率的应用很广泛。尤其是在天文、历法方面,凡牵涉到圆的一切问题,都要使用圆周率来推算。我国古代劳动人民在生产实践中求得的最早的圆周率值是“3”,这当然很不精密,但一直被沿用到西汉。
祖冲之在推求圆周率方面又获得了超越前人的重大成就。根据《隋书·律历志》的记载,祖冲之把一丈化为一亿忽,以此为直径求圆周率。他计算的结果共得到两个数:一个是盈数(即过剩的近似值),为3.1415927;一个是朒数(即不足的近似值),为3.1415926。圆周率真值正好在盈朒两数之间。
祖冲之的成就不仅限于自然科学方面,他还精通乐理.对于音律很有研究。
此外,祖冲之又著有《易义》、《老子义》、《庄子义》、《释论语》等关于哲学的书籍,都已经失传了。祖冲之的儿子祖暅,也是一位杰出的数学家,他继承他父亲的研究,创立了球体体积的正确算法。
祖冲之吸取了赵厞的先进理论,加上他自己的观察,认为十九年七闰的闰数过多,每二百年就要差一天,而赵厞六百年二百二十一闯的闰数却又嫌稍稀,也不十分精密。因此,他提出了三百九十一年内一百四十四闰的新闰法。这个闰法在当时算是最精密的了。
除了改革闰法以外,祖冲之在历法研究上的另一重大成就,是破天荒第一次应用了“岁差。”
根据物理学原理,刚体在旋转运动时,假如丝毫不受外力的影响,旋转的方向和速度应该是一致的;如果受了外力影响,它的旋转速度就要发生周期性的变化。地球就是一个表面凹凸不平、形状不规则的刚体,在运行时常受其他星球吸引力的影响,因而旋转的速度总要发生一些周期性的变化,不可能是绝对均匀一致的。因此,每年太阳运行一周(实际上是地球绕太阳运行一周),不可能完全回到上一年的冬至点上,总要相差一个微小距离。按现在天文学家的精确计算,大约每年相差50。2秒,每七十一年八个月向后移一度。这种现象叫作岁差。
祖冲之在历法研究方面的第三个巨大贡献,就是能够求出历法中通常称为“交点月”的日数。
所谓交点月,就是月亮连续两次经过“黄道”和“白道”的交叉点,前后相隔的时间。黄道是指我们在地球上的人看到的太阳运行的轨道,白道是我们在地球上的人看到的月亮运行的轨道。交点月的日数是可以推算得出来的。祖冲之测得的交点月的日数是27。21223日,比过去天文学家测得的要精密得多,同近代天文学家所测得的交点月的日数27。21222日已极为近似。在当时天文学的水平下,祖冲之能得到这样精密的数字,成绩实在惊人。
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