中國古代圓周率的計算

從古到今,π的值已經計算到小數點後上千萬位了,仍然無窮無盡,即使使用目前最先進的計算機,在π面前也是無能為力,只能得到一個近似值,而永遠也得不到準確值。

中國古代圓周率的計算


π叫圓周率,是圓周長與直徑之比,是一個無限不循環小數,無論計算到小數點之後多少位,人們都無法找到它的重複循環部分。起初,人們粗略計算出π近似等於3,但是隨著科學技術與生產力的發展,人們對於π的要求也越來越精確。

東漢時的張衡,曾推算出圓周率的值為3.1466,而三國時期吳國的王蕃推算的值為3.1566,雖然比此前的圓周率有所突破,但是他們得出的結果不是經過嚴格科學計算得出的,沒有提出π值的理論計算方法。直到魏晉時代傑出的數學家劉徽的出現,才改變了這種狀況。

劉徽在公元263年為《九章算術》作注時,發覺“周三徑一”不是圓周率值,而是圓內接正六邊形周長和直徑的比值。他說,當圓內接正多邊形的邊數增加時,多邊形的周長就越來越逼近圓周長。這樣的發現啟發他創立了割圓術,為計算圓周率和圓面積建立了相當嚴密的理論和完善的算法。

中國古代圓周率的計算

劉徽


根據這些有關圓的定理,劉徽從圓內接正六邊形算起,邊數逐步加倍,相繼算出內接正十二邊形、正二十四邊形,直到正九十六邊形的邊長,並求出正一百九十二邊形面積S192=3.14*64/625,這相當於求得π=3.14124。在實際計算中,他採用π=3.14=157/50.劉徽又繼續推算下去,求出了圓內接正三千零七十二邊形的面積,驗證了前面的結果,並且得出了更精確的圓周率π=3927/1250≈3.1416。

劉徽的割圓術為圓周率的計算賦予了真正科學的意義,從理論上為計算圓周率探索出了一套科學的方法。圓周率的計算再也不是用物理實體進行模擬後得出的結果,避免了測量上的誤差,計算程序也比以前簡單方便,而且使其有了真正的數學意義。

中國古代圓周率的計算

劉徽的割圓術


到了南北朝時期,中國另一位傑出的數學家祖沖之,利用劉徽的割圓術,在小數還處於萌芽的時代,假設圓的直徑為1億丈,以驚人的勇氣和毅力,用簡陋的籌算,完成了大量極其複雜的計算,精確地計算出π的值為—3.1415926

中國古代圓周率的計算

祖沖之


這個計算把π的值推算到了小數點後7位,取得了極為準確的結果。能做到這一點是非常不容易的,因為要把π的值準確計算到小數點後7位,需要求出圓內接正122288邊形的邊長和24576邊形的面積,這是一項非常艱難複雜的工作。祖沖之憑藉著深厚的數學功底,堅韌不拔的毅力,才取得了這一來之不易的成就。這在當時乃至之後的1000年中都是最先進的。直到15世紀,阿拉伯數學家阿爾.卡西和16世紀法國的維葉特才使π值向更為精確的數值推進了一步。


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