歷史上的祖沖之,絕不是數學家那麼簡單,帶你走進他傳奇的一生

提到祖沖之,我們大多數人對他的印象都停留在他對圓周率所做出的的貢獻,他將圓周率的數值精確到小數點後七位,是推進圓周率發展史的功勳者,是我國曆史上一位偉大的數學家。

實際上祖沖之不僅僅是一位數學家,在其他領域也取得輝煌成就,做出卓越貢獻,正如華羅庚評價那般:

他不僅是一位數學家,同時還通曉天文,曆法,機械製造,音樂,並且還是一位文學家。

這樣一位涉獵廣域,博學多才,具有多重身份的閃耀人物,讓我們來看看他傳奇的一生。


歷史上的祖沖之,絕不是數學家那麼簡單,帶你走進他傳奇的一生


厚積薄發,初露鋒芒

公元429年即朝宋元嘉六年,祖沖之出生在建康的一個官宦世家。其祖父是學識淵博的大家,享受朝廷俸祿。而其父親更是朝廷要員,受人敬重。祖家世代掌管立法,喜愛專研,在良好家庭氛圍的薰陶之下,祖沖之耳濡目染,從很小年紀的時候就開始接觸各個不同領域的經典書籍,涉及文學,音樂,哲學,自然科學,機械製造等等。勤奮好學的祖沖之尤其喜愛天文學和數學,對它們產生了濃厚的興趣,看著夜空中的斗轉星移,星辰變換,晝夜交替,激發了他強烈的探索慾望。


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在家庭良好的教育和父輩的引領之下,加上祖沖之自己不囿於傳統的刻苦探索,早在青年時期就已名聲大噪,是當時遠近聞名的博學之士。南朝宋孝武帝亦對他有所耳聞,於是青年時期的祖沖之順其自然的進入華林學省做研究工作,後來又轉至總明觀任職,總明觀是當時全國最具權威的科研學術機構,相當於現在的科學院。


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在這裡祖沖之結交了很多來自全國各地的學者,同他們一起的研究和探討,極大地拓寬了祖沖之的眼界和學識,而且當時浩如煙海的國家藏書囊括了天文曆法算數等各個方面,祖沖之在這裡獲得了充足的知識儲備,為自己日後的學術研究奠定了足夠堅實的基礎。


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祖沖之秉持著一種嚴謹,務實且懷疑的態度,不僅對史上各種文獻典籍做鉅細無遺的考察,而且在學習前人遺留下來的學史論述時,主張萬不可“虛推古人”,凡是有所不解,他都會“親量規尺,躬察遺漏,目盡毫釐,心窮籌策。

潛心研究計算,推動圓周率跨越式發展

眾所周知祖沖之之所以在1500年之後依然享譽世界,最主要是因為他將圓周率精確到了小數點後七位,中國古代對圓周率的研究可追溯到《周髀算經》和《九章算術》中,其中就有關於徑一週三古率的記載。後歷經數代數學家的相繼探索,都有緩慢發展,圓周率數值不斷得到精確。


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東漢張衡推算出的圓周率值為3.162。

三國時王蕃推算出的圓周率數值為3.155。

魏晉數學家劉徽推算出圓周率近似值為3.14,並且發明了新的圓周率數值計算的方法——割圓術。


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祖沖之極力讚揚割圓法,為它的巧妙而驚歎的同時,認為這樣的數值仍然不夠精準,於是在劉徽的基礎之上繼續計算圓周率。令人欽佩和震驚的是,祖沖之僅僅用一些簡單的小竹片作為計算工具,在一個直徑為一丈的大圓內做內接正6邊形,一直做到12288邊型,然後依此計算出這些多邊形的周長,通過對它們的排列組合,來計算得到不同的數值,每一步計算必須精準,稍有誤差就要從頭再來,祖沖之僅僅是驗算就要進行幾十次,以保證數值的精確度。


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面對這樣異常龐大的計算量,其中需要的耐心和毅力我們無法想象,可是就是這樣一項枯燥繁瑣,費時費力的工作,祖沖之孜孜不倦日復一日的堅持著,並且樂此不彼。最終他用超乎尋常的耐心與細緻,將圓周率的數值精確到了小數點後第七位,這一成果堪稱是世界上最先進的數學成就。

根據《隋書·律曆志》關於圓周率(π)的記載:“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。”


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此項研究成果得到了圓周率的兩個分數形式22/7和355/113 ,即約率和密率,他提出的“約率”對數學的研究有重大貢獻,後世為了紀念祖沖之對圓周率數值計算所做出的貢獻,又將約率以他的名字命名稱為“祖率”。這一成就背後付出的是無數艱辛探索和刻苦專研,他提出的“約率”對數學的研究有重大貢獻,直到1100年之後的16世紀,阿拉伯數學家阿爾·卡西才打破了這一紀錄。

數年專研,《大明曆》問世

在祖沖之之前普遍流行與使用的是天文學家何承天編制的《元嘉歷》,而這本曆法很多數據並不精準,祖沖之在研讀這本書籍時以特有的敏銳察覺了其中的誤差,於是具有專研精神的他決定重新編制一部更精準,更為完善的歷法。自此無論寒冬臘月還是酷暑炎夏,祖沖之都全身心的投入在新曆法的編撰之中,在付出了巨大的時間與精力後,功夫不負有心人,在公元462年新曆法問世了,這就是著名的《大名歷》。


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他在這本凝聚了自己心血的著作中,首次將歲差引進了曆法區分了迴歸年和恆星年。提出了用圭表測量正午太陽影長,以定冬至時刻的方法。同時採用三百九十一年價一百四十四個閏月的新潤周推算出了一個迴歸年的日期數 。


就在同一年,滿懷欣喜之情的祖沖之將《大明曆》呈交了給宋孝武帝,請求頒佈實施。宋孝武帝大喜過望,在經過專業人員鑑定後,決定在大明九年(公元465年)改行新曆。


然而就是這樣一本具有創新性的先進曆法遭到了以朝廷重臣戴法興為首的強烈抵制,聲稱祖沖之此舉是在“誣天背經”,認為“古人制章,萬世不易。”祖沖之據理力爭,明確指出天體運行有形可檢,有數可推。並且還寫了《歷議》一文予以反駁,令人無奈和可惜的是,勢單力薄的祖沖之無法改變朝中大臣故步自封,頑固腐朽的思想,以至於《大明曆》在自己去世十年之後才得以施行。


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但是時間的推遲未能掩蓋這部曆法的光芒,《大明曆》一經頒佈之後立馬獲得了官方民間的普遍認同,這本曆法中的一些記載數值直到七百年後南宋的《統年曆》才誕生了更為精確的數據。

專研科技同時心繫黎民百姓

從宋滅亡到齊初這個時期,戰亂頻繁社會動盪不安,但這並沒有影響祖沖之的研究,他集中精力潛心研究機械製造,重新設計和改造了指南車;改良水推磨極大地提高了當時的生產效率,還設計發明了日行百里的“千里船”和陸路運輸工具木牛流馬;發明了新型計時器——漏壺和精巧的欹器。


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在祖沖之晚年時期,北齊統治內憂外患,政治黑暗,民不聊生,戰爭導致百姓流離失所,橫屍遍野。這時祖沖之看著顛沛流離的難民,自己再也無法沉醉在學術研究之中,於是他開始尋求政治地位,希望能夠有所作為,讓南朝百姓脫離水深火熱之中,讓混亂動盪的社會格局帶來哪怕一絲安定。


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公元494年到498年祖沖之撰寫《安邊論》建議政府開墾荒地,發展農業,增強國力,安定民生,鞏固國防。齊明宗對其頗為讚賞,自己也想有一番作為,於是令他“巡行四方,興造大業,可以利百姓者”,可是人力拗不過天意,當時的北齊政權氣數已盡,亡國近在咫尺,祖沖之的一腔偉大抱負終究破滅。


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榮耀閃光,後世敬仰

公元500年祖沖之帶著一生的榮光和些許的遺憾與世長辭,這個將圓周率的研究推向了一個全新的高度的傑出數學家,載入世界紀念史冊中被世代稱頌。聰慧的他在數學和天文方面有著得天獨厚的優勢,但不可置否的是,他所做出的偉大貢獻和輝煌成就更多的是來自於對科學本身的熱愛和堅持。


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一個小小的竹片承載不僅是複雜龐大的計算,更是他的不懈堅持與執著信念; 一部舉足輕重曆法的問世,折射出的是他堅持真理和與時俱進的探索精神;一個個巧妙而精細的零部件,反映的是他一絲不苟和推陳出新的科研態度。


縱觀他的一生,傳遞給我們的是他那熱愛智慧,勇於質疑,事必親躬,嚴謹縝密,刻苦專研,不畏艱辛的求知精神。在一千五百年後的今天,每當我談起祖沖之時,一股自豪感在心中油然而生,並激勵著我們繼續奮勇直前,開拓創新,永攀高峰。


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這種精神關乎民族榮耀來自先賢智慧,華夏民族正是有許多像祖沖之這樣的敢於創新孜孜以求的人,我們中華的歷史文化才能源遠流長享譽世界。


為了銘記祖沖之:

1964 年紫金山天文臺將國際永久編號為1888的小行星賦予了他的名字

1967年國際天文學家聯合會把月球上的一座環形山以他的名字命名

1986年中國人民銀行發行了一套面值為5元的紀念幣背面印刻的是他的人物形


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