数学文化教育之(6)祖冲之

教师编辑：黄丽华学生编辑：徐秋骏

世界数学大师祖冲之

名言警句：

他说:“就算我是个凡夫俗子，但我决不盲目迷信古人，我‘专功数术，搜练古今’，对周朝以来的历法，都加以校定验证，改正了很多错误的地方，所依据的道理和事实是昭然若揭的。凡夫就是能议历。”

功绩描述：

祖冲之是大科学家，在数学、天文历法、机械制造方面都有巨大贡献。他33岁时提出的“大明历”，是当时最先进的历法，纠正了当时通行的“元嘉历”的误差。他重造了指南车，发明了千里船和水碓磨，促进了生产力的发展。但他最突出的贡献是，在世界上第一次把圆周率的数值，精确地推算到小数点以后的第七位数字，即3．1415926和3．1415927之间。

世人评说：

华罗庚先生在1964年曾说：“祖冲之虽已去世一千四百多年，但他的广泛吸收古人成就而不为其所拘泥、艰苦劳动、勇于创造和敢于坚持真理的精神，仍旧是我们应当学习的榜样。”

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祖冲之（公元429-500年）是我国南北朝时期，河

北省涞源县人。他从小就阅读了许多天文、数学方面

的书籍，勤奋好学，刻苦实践，终于使他成为我国古

代杰出的数学家、天文学家。

祖冲之在数学上的杰出成就，是关于圆周率的计

算。秦汉以前，人们以"径一周三"做为圆周率，这就

是"古率"。后来发现古率误差太大，圆周率应是"圆径

一而周三有余"，不过究竟余多少，意见不一。直到三国时期，刘徽提出了计算圆周率的科学方法--"割圆术"，用圆内接正多边形的周长来逼近圆周长。刘徽计算到圆内接96边形，求得π=3.14，并指出，内接正多边形的边数越多，所求得

的π值越精确。祖冲之在前人成就的基础上，经过刻苦钻研，反复演算，求出π在3.1415926与3.1415927之间。并得出了π分数形式的近似值，取为约率，

取为密率，其中取六位小数是3.141929，它是分子分母在1000以内最接近π值的分数。祖冲之究竟用什么方法得出这一结果，现在无从考查。若设想他按刘徽的"割圆术"方法去求的话，就要计算到圆内接16，384边形，这需要化费多少时间和付出多么巨大的劳动啊！由此可见他在治学上的顽强毅力和聪敏才智是令人钦佩的。祖冲之计算得出的密率，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π=叫做"祖率"。

祖冲之博览当时的名家经典，坚持实事求是，他从亲自测量计算的大量资料中对比分析，发现过去历法的严重误差，并勇于改进，在他三十三岁时编制成功了《大明历》，开辟了历法史的新纪元。

祖冲之还与他的儿子祖暅（也是我国著名的数学家）一起，用巧妙的方法解决了球体体积的计算。他们当时采用的一条原理是："幂势既同，则积不容异。"意即，位于两平行平面之间的两个立体，被任一平行于这两平面的平面所截，如果两个截面的面积恒相等，则这两个立体的体积相等。这一原理，在西文被称为卡瓦列利原理，但这是在祖氏以后一千多年才由卡氏发现的。为了纪念祖氏父子发现这一原理的重大贡献，大家也称这原理为"祖暅原理"。

祖冲之特别爱好研究数学，也喜欢研究天文历法，经常观测太阳和星球运行的情况，并且做了详细记录。

宋孝武帝听到他的名气，派他到一个专门研究学术的官署“华林学省”工作。他对做官并没有兴趣，但是在那里，可以更加专心研究数学、天文了。

我国历代都有研究天文的官，并且根据研究天文的结果来制定历法。到了宋朝的时候，历法已经有很大进步，但是祖冲之认为还不够精确。他根据他长期观察的结果，创制出一部新的历法，叫做“大明历”（“大明”是宋孝武帝的年号）。这种历法测定的每一回归年（也就是两年冬至点之间的时间）的天数，跟现代科学测定的相差只有五十秒；测定月亮环行一周的天数，跟现代科学测定的相差不

到一秒，可见它的精确程度了。公元４６２年，祖冲之请求宋孝武帝颁布新历，孝武帝召集大臣商议。那时候，有一个皇帝宠幸的大臣戴法兴出来反对，认为祖冲之擅自改变古历，是离经叛道的行为。祖冲之当场用他研究的数据回驳了戴法兴。戴法兴依仗皇帝宠幸他，蛮横地说：“历法是古人制定的，后代的人不应该改动。”祖冲之一点也不害怕。他严肃地说：“你如果有事实根据，就只管拿出来辩论。不要拿空话吓唬人嘛。”宋孝武帝想帮助戴法兴，找了一些懂得历法的人跟祖冲之辩论，也一个个被祖冲之驳倒了。但是宋孝武帝还是不肯颁布新历。直到祖冲之死了十年之后，他创制的大明历才得到推行。

祖冲之在科学发明上是个多面手，他造过一种指南车，随便车子怎样转弯，车上的铜人总是指着南方；他又造过“千里船”，在新亭江（在今南京市西南）上试航过，一天可以航行一百多里。他还利用水力转动石磨，舂米碾谷子，叫做“水碓磨”。

祖冲之（公元４２９——５００年）是我国南北朝时代一位成绩卓著的科学家。他不仅在天文、数学等方面有过闻名世界的贡献，而且在机械制造等方面也有许多发明创造。他的发明为促进社会生产的发展，建立了不可磨灭的功绩，受到了中国人民和世界人民的尊敬。

探索大自然的奥秘

人类生活在地球上，面对着浩瀚的太空，常常引起人们无边无际的遐想，从那遥远的古代，就开始了对大自然的种种探索，科学终于逐渐地打开了天体奥秘的大门。

我国古代劳动人民，由于畜牧业和农业生产的需要，经过长期的观察、实践，积累了丰富的天文历法知识，发现了日月运行的基本规律，制成了历法。在祖冲之的时候，已经有了相当进步的历法。那时的历法，为了使地球绕太阳一周的日子能和月亮绕地球一周的日子配合起来，在闰法上还是采用十九年七闰的老办法，规定十九个年里有七个闰年，每个闰年要比平时多一个月。事实上这种历法还不够周密、精确，应当改革。一天，年轻的祖冲之，正在自己书房中翻阅历书：《春秋四分历》、《太初历》、《后汉四分历》、《元始历》、《元嘉历》等——把他最近一段时间所查阅的这些有关我国古人制定的历法书，加以认真地比较，仔细地探讨。他发现在我国五胡十国时期的北凉（公元３１６——４２０年）的赵榧于公元四一二年作的《元始历》中，第一次不用十九年七闰的旧章法，而改用六百年二百二十一闰。他不禁连连称赞：“好！大胆的尝试！”于是他又拿出了算筹，细心地计算了起来，计算结果表明：十九年七闰，闰数过多，在二百年内，就要比实际多出一天来，“看来十九年七闰的旧章法，是非改不可！”他自言自语地叨咕着。

他沉思了片刻。忽地站了起来，走到窗边，卷起竹帘，推开窗子，斜射的夕照把他的身影拉得长长的，拖在地上。在房里，他一边来回地走动，一边思索这样的一个问题：要进一步提高历法的精度，光靠桌上的那几本历书行吗？不行！得靠自己去观测，用实际观测得来的数据，才能进行正确的计算……从哪里入手呢？对！就从测定冬至的日期着手！

从此，在他的观测站上，立起了一个八尺高的圭表，观测日影的长度。在这些日子里，他“亲量圭尺”，脸晒黑了，手冻出了裂口，但观测册上却记下了一个又一个数据；记录着一个又一个变化的日影。

从此，在他的观测站上，又多了几个他新设计的计时的漏壶。在记下日影长短的同时，记下了准确的时间。