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今天是国际圆周率日,中国古代没有小数点如何记载圆周率?

3月14日,是国际圆周率日,也是“国际数学日”。圆周率习惯性简称为π,在历史上,许多数学家尝试通过不同的方法计算圆周率的精确值,其中我国南北朝时期杰出的数学家、天文学家、科学家祖冲之第一次把圆周率数值精确到小数点后7位,比西方早了近千年,因此圆周率也称作“祖冲之圆周率”。那么中国古代并没有小数点,文献是如何记载圆周率的呢?

祖冲之画像

祖冲之,生于建康(今江苏南京),祖籍范阳郡遒县(今河北涞水)。他的祖父是朝廷负责建造的官员,因为从小受家庭影响喜欢科学知识。祖冲之主要贡献在数学、天文历法和机械制造三方面,事迹记载在《南齐书·祖冲之传》《南史·祖冲之传》等典籍中。

记者翻开《南齐书·祖冲之传》,其中有记载祖冲之向朝廷提出用新历的建议:“宋元嘉中用何承天所制历,比古十一家为密,冲之以为尚疏,乃更造新法。”也记载了祖冲之造指南车、千里船等故事:“冲之改造铜机,圆转不穷”“又造千里船,于新亭江试之,日行百余里”,但并没有提及圆周率。只有四个字“又特善算”,至于如何善算,也没有提及。

记者又翻开《南史·祖冲之传》,记载了相似的内容,同样没有提及圆周率。

真正记载圆周率的是在《隋书·律历志》中。《隋书》为唐代魏征主持修撰,《律历志》指乐律和历法,是正史书志的一个十分重要的内容。书中关于圆周率的内容记载如下:

“古之九数,圆周率三,圆径率一,其术疏舛。自刘歆、张衡、刘徽、王蕃、皮延宗之徒,各设新率,未臻折衷。宋末,南徐州从事祖冲之更开密法。以圆径一亿为丈,圆周盈数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽,朒数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽,正数在盈朒二限之间。密率:圆径一百一十三,圆周三百五十五。约率,圆径七,周二十二。”

《隋书·律历志》中关于祖冲之圆周率的记载。

通过上述记载可知,我国历史上用数学方法推算圆周率的,有刘歆、张衡、刘徽、王蕃、皮延宗等学者。祖冲之则推算出了新的圆周率,用汉字中大写的数字记载为:三、一、四、一、五、九、二、七;三、一、四、一、五、九、二、六。

所用量词计有“丈、尺、寸、分、厘、毫、秒、忽”八种,进制为十,即一丈等于十尺,一尺等于十分,以此类推。

祖冲之以3.1415927为盈数(指过剩的近似值),3.1415926为朒数(指不足的近似值),圆周率在盈肭两数之间,即大于3.1415926,小于3.1415927。

按照当时计算都用分数的习惯,祖冲之还采用了两个分数值的圆周率。一个是355/113(约等于3.1415927),这一个数比较精密,所以祖冲之称它为“密率”。另一个是22/7(约等于3.14),这一个数比较粗疏,所以祖冲之称它为“约率”。

《隋书》只是记载了祖冲之计算出的最后数值。祖冲之是如何计算出的,历史典籍中都没有记载任何技术上的细节。

不过在祖冲之之前,三国时期数学家刘徽计算圆周率的方法并没有失传。

《九章算术》注本。

《九章算术》总结了战国、秦、汉时期的数学成就,约成书于东汉之初。刘徽在数学上的主要成就之一,是为《九章算术》作注,书名叫《九章算术注》,是我国最可贵的数学遗产之一。

据史料记载,刘徽采用“割圆术”来计算圆周率的近似值。

他把一个圆周分成相等的6段,连接这些分点组成圆内正六边形,再将每一分弧二等分,又可得到圆内接正12边形,如此无穷尽地分割下去,就可得到一个与圆完全相合的正“多边形”。即“割之弥细,所失弥少。割之又割,以至于不可割,则与圆周合体,而无所失矣”。

刘徽直到求出了正3072边形的面积,进一步得到π的近似值是3927/1250,这相当于π=3.1416,在当时世界上是很先进的数据。

祖冲之和他的儿子祖暅著有《缀术》,汇集了父子的数学研究成果。根据《隋书》记载,这本书被认为内容深奥,以致“学官莫能究其深奥,故废而不理”。《缀术》在唐代被收入《算经十书》,成为唐代国子监算学课本,当时学习《缀术》需要四年的时间,可见《缀术》的艰深。但到北宋时,这部书就已亡佚了。

祖冲之计算圆周率究竟是采用刘徽之法,还是用其他方法,目前还是个谜。

新华日报·交汇点记者 杨民仆


责编:姚依依
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