金庸:圓周率的推算

金庸:圆周率的推算

梁羽生兄在《數學與邏輯》一文中,曾談到祖沖之的圓周率,說是全世界最早的精密計算。這在數學史上是一個有趣的問題。

圓周與直徑的比例怎樣,這在實用上是常遇到的,我國最早的數學書是《周髀算經》(注:現存《周髀算經》為東漢末年或是魏晉之間的趙君卿所注,原作者與成書年代均不詳。它是相當古老的書籍,別看書名有一“算”字,整本書又充斥著數學,其實是冊古代天文書,且自古就被列入《算經十書》中。《算經十書》包括《周髀算經》、《九章算術》、《海島算經》、《孫子算經》、《五曹算經》、《夏侯陽算經》、《張邱建算經》、《五經算術》、《緝古算經》、《數術記遺》),其中稱“周三徑一”,即圓周率(注:圓周率就是圓周長與直徑的比)是三。據傳說,這是周初的商高計算出來的。如果傳說不錯,那麼這是公元前十二世紀的事。

希臘人說,圓周率的應用是始於公元前三世紀的大物理學家阿基米德,就是那位因洗澡而發現阿基米德定律的人。希臘人稱圓周率為“阿基米德值”。

我國著名橋樑專家、設計建造錢塘江大橋的茅以升先生在《圓周率略史》中說:“西洋數學多以為此率源於印度,而聲息相通之阿拉伯亦認為是印度所產。”

到底,粗疏的圓周率是哪一民族的人最先發現的?我想,三與一之比的周率,隨便用尺與繩子一量就量得出來。在實用上需用的時候,許多民族都會一量而依照這比率計算。所以,到底誰最早發現,那是很難說的。至於精密的計算,則是較後的事。

我們說祖沖之最先計算出精密的圓周率,是根據《隋書·律曆志》中的記載。那上面說:“古之九數,圓周率三,圓徑率一,其術疏舛。自劉歆、張衡、劉徽、王蕃、皮延宗之徒,各設新率,未臻折衷。宋末,南徐州從事史祖沖之,更開密法,以圓徑一億為一丈,圓周盈數三丈一尺四寸一分五釐九毫二秒七忽,朒數三丈一尺四寸一分五釐九毫二秒六忽,正數在盈朒二限之間。密率,圓徑一百一十三,圓周三百五十五。約率,圓徑七,週二十二。又設開差冪(注:字同“冪”,讀音均同“密”字音),開差立,兼以正圓參之。指要精密,算氏之最者也。所著之書,名為《綴術》,學官莫能究其深奧,是故廢而不理。”(注:此段記載乃是重新取自《隋書·律曆志》原書中的相關記載。)

這一段話稍加說明,就極易清楚:

我國曆史上首先用數學方法推算圓周率的,是漢代的大學者劉歆(公元二三年為王莽所殺),他的圓周率是3.1547。張衡(公元七八年,到公元一三九年,東漢時代人),是我國著名的天文學家,他的圓周率是731/232(注:原值不知所云,可能是非原版的問題。這裡修正後的數值約為3.1466)。劉徽(生於公元二五零年左右,公元二六三年著有進行註釋後的《九章算術注》),他用割圓術來推算,即圓內畫一六邊形,逐漸增加邊數,這多邊形與圓會越來越接近,計算多邊形的邊,算到九十六邊形時,圓周率定為3.14163(注:此處原值為3.14,不知原文是多少,但這裡能給出的位數越多,就越能幫助判斷;另有說,其九十六邊形的周長為3.141024)。王蕃(公元二一九到公元二五七年)是142/45=3.155...,皮延宗(公元四五五年前後時人)的圓周率考查不出來。據李儼的《中國算學史》中說,在祖沖之之前,還有一位何承天(公元三O七到四四七年),圓周率為22/7,即3.1428。這些周率都不精密。

祖沖之(公元四二九至五OO年)是南北朝的劉宋時人,他算出的圓周率據《隋書》中說,是小於3.1415927而大於3.1415926,可定為3.14159265,精密的說,是355/113,約略的說,是22/7。西歐人算得這樣精密的,是在一千多年以後(一五七三年)的德國奧托(Valentinus Otto),但他也只算到小數點後的六位。

祖沖之的兒子祖𣈶之,也是一位大數學家,他發現了計算圓球體面積與體積的公式。因為他們的推理方法在那時是太精妙了,管理文化教育事宜的官吏根本不懂,於是“廢之不理”。

在各文化古國中,我國的數學是不算十分發達的。我國數學一直限制於實用,與實用無關的比較抽象的推理幾乎都不去接觸。最突出的貢獻,恐怕是這圓周率了。我在初中讀書時,教我數學的是章克標先生。他因寫小說而出名,為人很是滑稽,同學們經常和他玩鬧而不大聽他講書。他曾寫過一部《算學的故事》,其中說到有一個歐洲青年花了極長的時間,把圓周率推算到小數點後六百多位。這個圓周率,當然是毫無實用價值的。

在寫小說《書劍恩仇錄》時,為了要多知道一些陳家洛的身世,我曾翻過一些關於他祖宗海寧陳氏的記載,發現有一位與他父親陳世倌同輩的陳世仁(1676-1722)。這位先生是康熙時翰林,竟是一位數學大家,著有《少廣補遺》一卷,對於“級數”頗有研究,發現了許多據說是前人從來沒有談過的公式。書中一直研究到奇數偶數平方立方的級數和等問題。

清遠附言:本文網上初查,並未發現其他可供參考對照的版本。與原文不太相同的是,有些括號(有“注”字的例外,那是我加入的註釋)中的內容,是由我補充或是一併將之換成了公元多少年等字樣的。

* 本文轉自 隨便看看吧,這裡可以在線閱讀金庸先生的《三劍樓隨筆》,見https://g.sbkk88.com/sanjianlousuibi/

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