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祖冲之


[南北朝][公元429年-500年]
祖冲之介绍:
祖冲之
  祖冲之(公元429年─公元500年)是我国杰出的数学家,科学家。南北朝时期人,汉族人,字文远。祖冲之从小接受家传的科学知识。青年时进入华林学省,从事学术活动。一生先后任过南徐州(今镇江市)从事史、公府参军、娄县(今昆山市东北)令、谒者仆射、长水校尉等官职。其主要贡献在数学、天文历法和机械三方面,首次将“圆周率”精算到小数第七位,他提出的“祖率”对数学的研究有重大贡献。
  人物生平
  家世背景

  祖冲之,出生于429年(南朝宋元嘉六年),祖籍范阳郡遒县(今河北涞水县)。西晋末期,北方发生大规模战乱,祖冲之的先辈从河北迁徙到江南,并在江南定居下来。祖冲之就出生在江南,其祖父祖昌任刘宋朝大匠卿,是朝廷管理土木工程的官吏,父亲祖朔之做“奉朝请”,学识渊博,常被邀请参加皇室的典礼、宴会。
  祖冲之从小就受到很好的家庭教育。爷爷给他讲“斗转星移”,父亲领他读经书典籍,家庭的熏陶,耳濡目染,加之自己的勤奋,使他对自然科学和文学、哲学,特别是天文学产生了浓厚的兴趣,在青年时代就有了博学的名声。
  早年经历
  祖冲之曾在著作中自述说,从很小的时候起便“专功数术,搜烁古今”。他把从上古时起直至他生活的时代止的各种文献、记录、资料,几乎全都搜罗来进行考察。同时,主张决不“虚推古人”,决不把自己束缚在古人陈腐的错误结论之中,并且亲自进行精密的测量和仔细的推算。像他自己所说的那样,每每“亲量圭尺,躬察仪漏,目尽毫厘,心穷筹策”。
  由于祖冲之博学多才的名声,被南朝宋孝武帝派至当时朝廷的学术研究机关华林学省做研究工作,后来又到总明观任职。当时的总明观是全国最高的科研学术机构,相当于现在的中国科学院。总明观内分设文、史、儒、道、阴阳5门学科,实行分科教授制度,请来各地有名望的学者任教,祖冲之就是其一。在这里,祖冲之接触了大量国家藏书,包括天文、历法、术算方面的书籍,具备了借鉴与拓展的先决条件。
  潜心科学
  461年(南朝宋大明五年),祖冲之担任南徐州(今江苏镇江)刺史府里的从事,先后任南徐州从事吏、公府参军。祖冲之在这一段期间,虽然生活很不安定,但是仍然继续坚持学术研究,并且取得了很大的成就。
  462年(南朝宋大明六年),祖冲之把精心编成的《大明历》送给宋孝武帝请求公布实行,宋孝武帝命令懂得历法的-对这部历法的优劣进行讨论,最终,宋孝武帝决定在大明九年(465年)改行新历。
  464年(南朝宋大明六年),祖冲之被调到娄县(今江苏昆山县东北)作县令。之后又到建康(今江苏南京),担任谒者仆射的官职。从这时起,一直到南朝齐初年,他花了较大的精力来研究机械制造,重造出了用铜制机件传动的指南车,发明了一天能走百里的“千里船”和“木牛流马”、水碓磨(利用水力加工粮食的工具),还设计制造过漏壶(古代计时器)和巧妙的欹器。
  晚年生活
  祖冲之的晚年,正值南齐后期,统治阶级内部矛盾尖锐,政治黑暗,社会动荡不安。在这种情况下,祖冲之的研究方向有了很大的变化。他着重研究文学和社会科学,同时也比较关心政治。
  494年(南朝齐隆昌元年)到498年(南朝齐建武五年)之间,他担任长水校尉的官职。当时他写了一篇《安边论》,建议政府开垦荒地,发展农业,增强国力,安定民生,巩固国防。齐明帝看到后想令他“巡行四方,兴造大业,可以利百姓者”,后因南齐的统治已经无法再维持下去。国家政权摇摇欲坠,再加上南北朝之间的连年战争,祖冲之良好的政治主张无法在国家内部施行,更无法实现了。
  500年(南朝齐永元二年),这位卓越的大科学家去世,享年七十二岁。他的天文历法心血之作《大明历》在510年(梁武帝天监九年)才以《甲子元历》之名颁行。
  祖冲之圆周率
  求算圆周率的值是数学中一个非常重要也是非常困难的研究课题。中国古代许多数学家都致力于圆周率的计算,而公元5世纪祖冲之所取得的成就可以说是圆周率计算的一个跃进。 祖冲之是中国古代伟大的数学家和天文学家。祖冲之于公元429年出生在建康(今江苏南京),他家历代都对天文历法有研究,他从小就接触数学和天文知识,公元464年,祖冲之35岁时,他开始计算圆周率。
  在中国古代,人们从实践中认识到,圆的周长是“圆径一而周三有余”,也就是圆的周长是圆直径的三倍多,但是多多少,意见不一。在祖冲之之前,中国数学家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,用这种方法,刘徽计算圆周率到小数点后4位数。 祖冲之在前人的基础上,经过刻苦钻研,反复演算,将圆周率推算至小数点后7位数(即3.1415926与3.1415927之间),并得出了圆周率分数形式的近似值。祖冲之究竟用什么方法得出这一结果,现在无从查考。如果设想他按刘徽的“割圆术”方法去求的话,就要计算到圆内接16000多边形,这需要化费多少时间和付出多么巨大的劳动啊!
  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”。
  祖冲之在数学领域的成就,只是中国古代数学成就的一个方面。实际上,14世纪以前中国一直是世界上数学最为发达的国家之一。比如几何中的勾股定理,在中国早期的数学专著《周髀算经》(大约于公元前2世纪成书)中即有论述;成书于公元1世纪的另一本重要的数学专著《九章算术》,在世界数学史上最早提出负数概念及正负数加减法法则;13世纪时,中国就已经有了十次方程的解法,而直到16世纪,欧洲才提出三次方程的解法。
  人物评价
  华罗庚(《从祖冲之的圆周率谈起》):“祖冲之不仅是一位数学家,同时还通晓天文历法、机械制造、音乐,并且还是一位文学家。祖冲之制订的《大明历》,改革了历法,他将圆周率算到了小数点后七位,是当时世界最精确的圆周率数值,而他创造的“密率”闻名于世。”
  《南史》:冲之解钟律博塞,当时独绝,莫能对者。
  人民网:祖冲之父子的数学研究成就汇集于他的数学专著《缀术》中。这本书极其高深,以至于“学官莫能究其深奥,故废而不理”。在唐朝官学中,《缀术》也被列为必读的十部算经之一,且需学习4年,年限为各经之首。后来,《缀术》传至朝鲜,但10世纪以后,《缀术》渐渐在各国失传了。尽管今天已无从知道《缀术》的具体内容,但从该书在唐代官学中的学习年限及史书中相关的零星记载,我们仍可以想见其学术价值。
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