祖冲之的圆周率纪录保持近1000年,他的圆周率是怎么记下来的?
祖冲之是南北朝时期著名的数学家,一生致力于钻研自然科学,首次将圆周率精确到了小数点后七位,对数学的发展做出了很大的贡献。祖冲之算出来的圆周率在3.1415926~3.1415927之间,后人也曾用他的名字命名圆周率为“祖冲之圆周率”或者“祖率”,在天文,立法等一切涉及到圆的方面都应用非常广泛。
最初刘徽创立割圆木,祖冲之在这种方法的基础上,将圆周率推算到了更加精确的程度,算出圆周率的不足近似值是3.1415926,过剩近似值是3.1415927,真值介于两者之间,成为了世界上第一个将圆周率精确到如此精度的人,用这两个近视值来进行计算非常简便,也展示出我国古代数学水平发展程度之高,直到1427年阿拉伯的一位数学家才求出了更加精确的圆周率数值。关于祖冲之圆周率的记录方法,目前主要有两种说法:
一、由祖冲之所著《缀术 》记载
据说,祖冲之曾写过一本数学著作《缀术》,记录了他研究圆周率的成果以及研究方法,但当时社会对于数学的关注度并不高,认为数学是一种无用的学科,无人关注这本数学著作,以至于后来有所失传。
二、《隋书·律历志》 记载
《隋书·律历志》中有记载,“古之九数,圆周率三,圆径率一,其术疏舛。”“南徐州从事史祖冲之,以圆径一亿为一丈,...,密率,圆径一百一十三,圆周三百五十五。约率,圆径七,周二十二。 ”这是目前正史中唯一能够找到的关于祖冲之圆周率的记载。
关于祖冲之记录圆周率的方法至今还有很多谜团。但不可否认的是,他对于我国古代数学所做出的贡献是非常巨大的。
祖冲之是怎么计算出圆周率的?
祖冲之是我国古代著名的数学家和天文学家,他在数学上最重要的成就是把圆周率的小数位史无前例地计算到第七位,这个精度在随后的800年里一直是世界第一。那时是公元480年,一切都要依靠手工计算的时代(甚至算盘可能还没有出现),算个开方都费劲,那么,祖冲之是如何算出精度这么高的圆周率呢?
圆周率并不是通过先作圆,然后量周长和直径,最后算出来的。因为这样做的误差很大,测量误差不可避免。事实上,古代数学家在很长一段时间里都是用几何方法来计算圆周率。
祖冲之算圆周率所使用的方法是刘徽发明的割圆术,这与阿基米德所用的方法有些不同。阿基米德通过做圆的外切和内接正多边形,来计算圆周率的上下限,因为边数越多的正多边形越接近于圆。
刘徽的割圆术基于圆的内接正多边形,他用正多边形的面积来逼近圆的面积。分割越多,内接正多边形和圆之间的面积越来越小,两者越来接近。无限分割之后,内接正多边形和圆将会合二为一。
如上图所示,在一个半径为r的圆中做正3×2^n(n为正整数)边形,假设其边长为a_n,即AB=a_n。AB的中点为P,连接OP交圆于C。那么,AC和BC就是正3×2^(n+1)边形的边长,可以表示为a_(n+1)。
在直角三角形AOP中,根据勾股定理:
OA^2=AP^2+OP^2
令OP=b_n,由此可得:
令PC=c_n,c_n=PC=OC-OP=r-b_n
在直角三角形APC中,根据勾股定理:
AC^2=AP^2+PC^2
由此可得:
知道正3×2^n边形的边长之后,再根据刘徽多边形面积公式,可以算出正6×2^n边形的面积。根据上述正多边形边长的迭代公式,不断的把圆分割下去,圆面积的计算精度会越来越高。
在刘徽的方法中,引入了极限和无穷小分割的思想。刘徽的方法更为巧妙,也更为简洁。刘徽算到了正3072边形,结果得到的圆周率为3.1416。
祖冲之在刘徽割圆术的基础上,算到了正24576边形,并根据刘徽圆周率不等式,确定了圆周率的下限(肭数)为3.1415926,上限(盈数)为3.1415927。并且,祖冲之还顺便给出了圆周率的一个近似分数355/113,其前六位都是正确的。
在没有计算机和算盘的帮助下,祖冲之用算筹来计算乘方和开方,硬生生地把圆周率的小数位算到了第七位,这需要极其巨大的毅力和艰苦卓绝的付出。在祖冲之的努力下,此后800年里,没有人能够算出比这精度更高的圆周率。
祖冲之的计算圆周率的故事是什么?
祖冲之的计算圆周率的故事是祖冲之那个时代,算盘还未出现,人们普遍使用的计算工具叫算筹,它是 一根根几寸长的方形或扁形的小棍子,有竹、木、铁、玉等各种材料制成。通过对算筹的不同摆法,来表示各种数目,叫作筹算法。如果计算数字的位数越多,所需要摆放的面积就越大。
用算筹来计算不像用笔,笔算可以留在 纸上,而筹算每计算完一次就得重新摆动以进行新的计算;只能用笔记下计算结果,而无法得到较为直观的图形与算式。因此只要一有差错,比如算筹被碰偏了或者计算中出现了错误,就只能从头开始。
祖冲之为求得圆周率的精准数值,就需要对九位有效数字的小数进行加、减、乘、除和开方运算等十多个步骤的计算,而每个步骤都要反复进行十几次,开方运算有 50 次,最后计算出的数字达到小数点后十六、七位。
数学史上的创举——“祖率”
祖冲之算出圆周率(π)的真值在3.1415926和3.1415927之间,相当于精确到小数第7位,简化成3.1415926,祖冲之因此入选世界纪录协会世界第一位将圆周率值计算到小数第7位的科学家。
祖冲之还给出圆周率(π)的两个分数形式:22/7(约率)和355/113(密率),其中密率精确到小数第7位。祖冲之对圆周率数值的精确推算值,对于中国乃至世界是一个重大贡献,后人将“这个精确推算值”用他的名字命名为“祖冲之圆周率”,简称“祖率”。
祖冲之圆周率的故事。
祖冲之算出圆周率(π)的真值在3.1415926和3.1415927之间,相当于精确到小数第7位,简化成3.1415926,祖冲之因此入选世界纪录协会世界第一位将圆周率值计算到小数第7位的科学家。
祖冲之还给出圆周率(π)的两个分数形式:22/7(约率)和355/113(密率),其中密率精确到小数第7位。祖冲之对圆周率数值的精确推算值,对于中国乃至世界是一个重大贡献,后人将“约率”用他的名字命名为“祖冲之圆周率”,简称“祖率”。
扩展资料
家世背景:
祖冲之,429年(南朝宋元嘉六年)出生于建康(今南京),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。
参考资料来源:百度百科-祖冲之
祖冲之的圆周率是多少?
祖冲之圆周率第几位 祖冲之圆周率有多先进
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