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祖沖之與圓周率

 等風浩 2016-07-17

祖沖之是我國古代一位偉大的數(shù)學家、天文學家和物理學家,他有許多卓越的貢獻,其中之一就是計算出了圓周率。


圓周率就是圓周的長度和直徑的長度的比。這是一個無限不循環(huán)小數(shù),也就是說它是個沒完沒了的小數(shù),各位數(shù)字的變化又沒有規(guī)律。因而計算起來挺不容易。祖沖之在1500年前就計算出圓周率在3.1415926和3.1415927之間。而在他之后1000年,阿拉伯有個數(shù)學家阿爾·卡西才打破了這個精確程度的記錄。


祖沖之計算圓周率采用的是三國時劉徽發(fā)明的“割圓術(shù)”?!案顖A術(shù)”是在圓內(nèi)作一個內(nèi)接正六邊形。內(nèi)接正六邊形的每邊長都等于半徑,其周長正好是半徑的6倍,直徑的3倍。求出正六邊形總的邊長,就可以得到圓周的近似值,劉徽用這個辦法求出了3.1416的值。


祖沖之從圓的內(nèi)接正六邊形開始,先算內(nèi)接正12邊形的邊長,再算內(nèi)接正24邊形、正48邊形的邊長……邊數(shù)一倍又一倍的增加,祖沖之一共算到了正12288邊形,由此推算出的圓周率為3.14159251.祖沖之認為,從理論說,把圓周這樣分割下去是無窮無盡的。但真正計算起來,卻是繁難復雜的。最后,祖沖之將圓分割到了24576邊形,得到圓周率為3.14159261。


要知道,那時的人既沒有計算尺,更沒有計算機,全靠用算籌來計算。邊數(shù)每翻一番,至少要進行7次運算,其中除了加和減,有兩次乘方,兩次開方。祖沖之算出來的結(jié)果有6位小數(shù),估計他在運算過程中,小數(shù)至少要保留10位以上。如果沒有熟練的技巧和堅持的毅力,是無法完成的。


在祖沖之以前,還有人提出圓周率跟22/7相似,祖沖之稱它為“疏率”。他又算出了另一個圓周率的近似值355/111,稱為“密率”,因為它更加精密。過了1000年,德國人奧托和荷蘭人安托尼茲先后提出355/113這個近似值。歐洲人不知道祖沖之已經(jīng)提出過“密率”,他們就把這個近似值叫做“安托尼茲率”。現(xiàn)在,人們把它又稱為“祖率”,這是對祖沖之非凡成就的肯定。


以后,各國的數(shù)學家們繼續(xù)進行著這項計算。1596年,荷蘭數(shù)學家盧道夫算出15位小數(shù)的圓周率,打破了當時的世界紀錄。后來他又將這個數(shù)值推進到了35位。18世紀初,圓周率算到了72位。19世紀,又先后求到了140位,200位,500位。1973年,有人花了15年時間,算到了707位。1946年,又有人將它提高到了808位。


1946年,有人用第一臺電子計算機花了70個小時,算出了2035位。直到1990年,美國數(shù)學家采用新的計算方法,將圓周率算到了4.8億位。如果把它印成書,可以裝訂為一本48萬頁的厚厚的書。盡管如此,它還只是一個近似值。


來源:算法與數(shù)學之美

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