超乎你的想像:祖衝之除了精確圓周率以外,竟然還有這些成就

2020-11-05 科學浪子

眾所周知,祖衝之是我國南北朝著名的科學家。祖衝之算出圓周率(π)的真值在3.1415926和3.1415927之間,相當於精確到小數第7位,祖衝之也因此入選世界紀錄協會世界第一位將圓周率值計算到小數第7位的科學家。但是祖衝之的其他科學成就同樣也是對中國乃至世界的重大貢獻。

1.數學傑作《綴術》

祖衝之有一本數學著作,名為《綴術》。書中所用到的計算方法已是用三次方程求解正根的問題了,三次方程的解法以前沒有過,祖衝之的解法是一 項創舉。

書中,祖衝之提出了「開差冪」和「開差立」的問題。「差冪」 一詞在劉徽為《九章算術》所作的注中就有了,指的是面積之差。「開差冪」 即是已知長方形的面積和長寬的差,用開平方的方法求它的長和寬,它的具體解法已經是用二次代數方程求解正根的問題。而「開差立」就是已知長方體的體積和長、寬、高的差,用開立方的辦法來求它的邊長;同時也包括已知圓柱體、球體的體積來求它們的直徑的問題。

《隋書》評論「學官莫能究其深奧,故廢而不理」,認為《綴術》理論十分深奧,計算相當精密,學問很高的學者也不易理解它的內容,在當時是數學理論書籍中最難的一本。

《綴術》還曾流傳至朝鮮和日本,在朝鮮、日本古代教育制度、書目等資料中,都曾提到《綴術》。

2.改革閏法

在古代,中國曆法家一向把十九年定為計算閏年的單位,稱為「一章」,在每一章裡有七個閏年。也就是說,在十九個年頭中,要有七個年頭是十三個月,這種閏法一直採用了一千多年。412年,北涼趙厞創作《元始歷》,才打破了歲章的限制,規定在六百年中間插入二百二十一個閏月。

祖衝之吸取了趙厞的理論,加上他自己的觀察,認為十九年七閏的閏數過多,每二百年就要差一天,而趙厞六百年二百二十一閏也不十分準確。因此,祖衝之提出了391年144閏月的新閏法。

祖衝之的閏周精密程度極高,按照他的推算,一個回歸年的長度為365.2428141日,與今天的推算值僅相差46秒。一直到南宋的《統天曆》,才採用了比這更精確的數據。

3.各種機械

祖衝之設計製造過水碓磨、銅製機件傳動的指南車、千裡船、定時器等。


在中國古代指南車的名稱由來已久,但其機制構造則未見流傳。祖衝之所制指南車則流傳了下來,其內部機件全是銅的,它的構造精巧,運轉靈活,無論怎樣轉彎,木人的手常常指向南方。

祖衝之還改良了水碓磨。在西晉初年,杜預改進發明了「連機碓」和「水轉連磨」。一個連機碓能帶動好幾個石杵一起一落地舂米;一個水轉連磨能帶動八個磨同時磨粉。祖衝之又在這個基礎上進一步加以改進,把水碓和水磨結合起來,生產效率就更加提高了。這種加工工具,中國南方有些農村還在使用著。

祖衝之還設計製造過一種千裡船,史載「又造千裡船,於新亭江試之,日行百餘裡」。它可能是利用輪子激水前進的原理造成的,一天能行一百多裡。


祖衝之不僅僅在數學上有所造詣,在科技上也是有著無數的貢獻,中國的科技在歷史上也曾是世界最先進的,提起我們中國的古代科技,我們每一個中國人都應該為之驕傲。

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  • 祖衝之算圓周率時,算盤還沒被發明,他用了何種方法計算出的
    影射、不涉及任何政治世界上第一個將圓周率精確到七位的,就是我國祖衝之,直到一千年以後,阿拉伯數學家阿爾·卡西和法國數學家維葉特兩人才將圓周率後七位給算出來,證明了祖衝之算出的圓周率是正確的,在相同的時間裡,德國科學家將此稱之為安託尼茲率,但仍然別有用心的人說,這段歷史是中國偽造的,而且他們還舉出了種種例子。
  • 祖衝之的成就,蘊含著他的科學精神,影響了整個數學史
    小學的時候我們就開始接觸圓周率了,也就是我們通常所說的「∏」,約等於3.14。好奇心較為強烈的同學可能會問這個圓周率的值為什麼是這樣的?它是怎麼計算出來的?要弄清楚這些問題,我們就不得不提到一個人,他就是我國南北朝時代的科學家祖衝之。他在數學中關於圓周率值的計算、球體積公式的推導、天文曆法等方面的貢獻,極大地推動了我國古代數學以及其他相關學科的發展,是我國數學發展史上的標誌性人物。
  • 唐豆薈丨祖衝之與圓周率的故事
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  • 古代沒有計算機,祖衝之是怎樣把圓周率計算到小數點後七位的?
    祖衝之是我國南北朝時期傑出的數學家、天文學家,他在數學、天文曆法和機械製造三方面,為我國的科學進步做出了不可磨滅的貢獻。其中一個比較重要的貢獻是,把圓周率精確到小數點後七位,確定了圓周率數值在3.1415926和3.1415927之間。
  • 沒有阿拉伯數字,沒有小數點,祖衝之怎麼記載圓周率?
    (一)圓周率是指圓周長與直徑的比值,我們習慣性把它簡稱為π,而它的具體值也是經歷了很長的時間,其中由祖衝之計算出的值比西方早了近一千年,最重要的是準確到小數點後第七位,即3.1415926,也因此把圓周率稱作是「祖衝之圓周率」。
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  • 圓周率π的計算曆程
    另外,有人認為在割圓術中劉徽提供了一種絕妙的精加工辦法,以致於他將割到192邊形的幾個粗糙的近似值通過簡單的加權平均,竟然獲得具有4位有效數字的圓周率 π =3927/1250 =3.1416。而這一結果,正如劉徽本人指出的,如果通過割圓計算得出這個結果,需要割到3072邊形。這種精加工方法的效果是奇妙的。
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