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东方科学巨星——祖冲之

作者:admin 发布时间：2009/9/25 阅读次数：3801 字体大小: 【小】【中】【大】

东方科学巨星——祖冲之

（公元429年—公元500年）

祖冲之，字文远，范阳遒(今河北省涞水县)人，生于公元429年，卒于公元500年。他生活在我国历史上的南北朝时代。是中国古代科坛一颗璀璨的明星。

圆周率研究的重大突破

祖冲之在科学技术上有着多方面的成就，其中最为突出的是他在圆周率方面的研究。

圆周率就是圆的周长与直径的比值，它是一个常数。用希腊字母“π”表示。我国关于圆周率的研究有着悠久的历史。早在2000多年前，我国古算书《周髀(bi)算经》中就有“径一周三”的记载，也就是说圆周率π≈3。到西汉末年，刘歆(公元前50年—公元23年)首先抛弃了这个不精确的圆周率，使用了近似值π≈3.1547；东汉的张衡(公元18年—139年)则提出π≈3.1622。这些数值虽然还不够精确，但比起π≈3来说，已经有了很大的进步。大约五六百年后，印度和阿拉伯数学中才出现了与此相当的π的近似值。到了三国末年，有个叫刘微(3世纪)的数学家创造了用割圆术来求圆周率的方法，把圆周率推算到3.141024。这已经接近现代广泛使用的圆周率的近似值了。刘徽所求得的圆周率，被后人称作“徽率”。

用割圆术来求圆周率的方法，大致是这样的：先作一个圆，再在圆内作一内接正六边形。假设这圆的直径为2，那么半径就等于l。内接正六边形的边长一定等于半径，所以也等于1，它的周长就是6。如果把内接正六边形的周长当作圆的周长，用直径2去除，得到圆周与直径的比π＝6÷2＝3。这就是古代π＝3的数值。但是我们从图中可清楚地看出正六边形的周长远远小于圆的周长，所以π＝3是很不准确的。

如果把内接正六边形的边数加倍，改为内接正十二边形，我们可以看出它的周长比内接正六边形更接近圆的周长，内接正十二边形的面积也更接近圆的面积。由此得出结论：内接正多边形的边数越多，各边长总和就越接近圆的周长。但因为它是内接的，所以边长总和要小于圆的周长。刘徽正是根据这个原理，从内接正六边形开始。依次加倍，一直切割到内接正96边形，得出π≈3.141024。

祖冲之约比刘徽晚200年出生。他学习了刘微的割圆术以后，对刘微推崇备至。但是，祖冲之根据自己对割圆术的认识，以及从天文、历法推算和度量衡核算的需要出发，认为“徽率”仍不够精确，还需要进一步改进。

为了求得更准确的π值，祖冲之把自家书房的木地板刨得又光亮又平滑，在上面画了一个直径为1丈(1丈＝10÷3＝3.333……米)的大圆，然后日复一日，细心地将圆周等分，分别画出圆内接正多边形。6边、12边、24边、48边、……祖冲之一边画一边算、画到192边形，画到3072边形、……一直画到24576边形！这时，多边形已几乎和圆周紧紧贴在一起，“不能”再画下去了，于是祖冲之才和他的图形依依惜别。

他算出了直径为1的圆内接正24576边形的周长是3.14159261，并且证明了即使以后分割再分割，不管分割圆周达到什么程度，这一数值也不可能增0．0000001以上。这就是说，祖冲之殚精竭虑，终于世界上第一个证明了

3.14159261＜π＜3.1415927。

并且，他还给定π≈3.14159262为“正率”。

这是世界上第一个求得的精确到7位小数的值！这一当时世界上最先进的科学记录，直到1000年后才被外国科学家更精确的推算所打破。

不仅如此，祖冲之还提出用两个分数值来表示圆周率的近似值：

约率π≈22/7(＝3.1428571……)；

密率π≈355/113(＝3．14159290……。

虽然约率早已为古希腊数学家阿基米德所获得，但祖冲之的密率在世界上属首创。在欧洲，直到1573年才由德国数学家奥托重新得到这个数值。因此，日本数学家三上义夫曾建议把(355/113)这个圆周率的密率称为“祖率”，以纪念这位中国的大数学家。

值得指出的是，在祖冲之那个时代，算盘还没有出现。今式笔算也没有发明，人们普遍使用的计算工具是算筹。用算筹进行复杂运算，不仅过程繁，计算量大，而且它又不像笔算那样可以留在纸上。每算完一次就得重新摆动一回。如果稍有差错，只能重新开始。即使今天我们用纸、笔、算盘来完成祖冲之的计算量，也不是一件易事。可见祖冲之为推算圆周率付出了多么艰辛的劳动啊!

创制《大明历》

除了圆周率以外，祖冲之的另一突出成就是创制了当时世界上最精密的历法—《大明历》。

我国古代劳动人民经过长期观察研究，发现了日月运行的基本规律。他们把两次月圆和月缺的那段时间(即月亮绕地球运行一周的时间)作为1个月，12个月为1年。这种记年方法称作阴历。他们又把两次冬至之间的那段时间(即地球绕太阳运行一周的时间)也作为一年，这种计年方法称为阳历。我国古代的农历采用的是一种阴阳合用的方法。但是，月亮绕地球1周的时间是29天多一点，12个月共354天。而阳历一年时间是365天5小时48分46秒。这样一来，阴历1年要比阳历1年少上11天多。为此，我们的祖先又找到了一个调整的方法：在若干年间安排若干个闰年，每逢闰年便有13个月。这样阴历年与阳历年就比较符合了。

那么，在多少年间安排多少个闰年才合适呢？早在春秋时代，古人就采用了19年7闰的方法。即19年中有7年是闰年。这种历法，到祖冲之时代，已沿用了1000多年。

公元445年，祖冲之所在的南宋王朝颁布了《元嘉历》，采用的还是19年7闰的古法。祖冲之根据自己的观察计算，觉得19年7闰闰数过多，每200年还是要差一天。于是他提出了391年中144闰的新闰法。这种闰法在当时算是最精密的了。

祖冲之经过自己的细心观察，又证实了岁差现象的存在。就是太阳每运行1年，不能完全准确地回到上一年的冬至点上，总要差一个微小的距离。这种岁差现象前人虽指出过，但没有在历法中应用过。祖冲之不但算出岁差是每45年零11个月后退1度，而且在他编制的新历法中应用了岁差。这在天文历法史上是个创举。

另外，祖冲之还更精密地测出了交点月的日数。所谓交点月，就是月亮连续两次经过“黄道”和“白道”的交叉点，前后相隔的时间。黄道是指太阳运行的轨道，白道是指月亮运行的轨道。祖冲之测得的交点月的时间是27.21223天，同近代天文学家测得的27.21222天已极为近似。在当时的条件下，祖冲之能得到如此精密的数字，实在令人惊奇。

公元462年，年仅34岁的祖冲之上表朝廷，把他编制的新历法呈送给宋孝武帝，请求作为新历颁布实施。这一年是大明六年。后来人称这部新历法为《大明历》。

由于朝廷保守势力的阻挠，《大明历》在祖冲之生前并末得到颁布施行。到公元510年，这部革新性历法被朝廷采用的时候，祖冲之已去世整整10年了。

机械制造方面的成就

祖冲之不但在数学与天文学方面造诣很深，在机械制造方面也是个能人。

公元417年，东晋大将刘裕(即后来南朝宋的开国皇帝)进军长安时，曾获得一辆秦朝人造的指南车。这辆车子十分破旧，里面的机械装置也散失殆尽了。但刘裕如获至宝，每次出行总要带上这辆指南车，以显示他的威风。由于车子没有机械装置，不能自动指南，刘裕就叫人藏进车里，用暗号告诉车里人转动方向。这当然令人可笑。

过了60多年，南朝齐高帝萧道成命令祖冲之仿制指南车。祖冲之经过一段时间的思考，终于设计出图样，造出了一辆精巧灵活的指南车，而且内部机件全是铜制的。萧道成知道后，便派了两个大臣去试验。试验结果证明，这辆车运转灵活，构造别致，不论朝什么方向转弯，车上木头人的手始终指向南方。大家都很钦佩祖冲之的才能。

就在这个时候，北朝有个叫索驭粼（sǔo yù lín）的人来到建康(今南京)，说他也会造指南车。萧道成便让他也造一辆。制成后，萧道成下令让这一辆和祖冲之的指南车进行比赛。结果，索驭粼的指南车不但远不如祖冲之的灵活，运行中还指不准方向。索驭粼只得服输，并把自己的车子毁掉了。

祖冲之还研制过水上交通机械。他设计的“千里船”，一天能行50多公里。他看到劳动人民舂米、磨面很费力，就发明了一种叫水碓磨的粮食加工机具。把这种东西放在河边，利用河水冲击力转动机件，能大大减轻人们的劳动强度。直到今天，祖冲之发明的水碓磨还在我国南方一些农村使用着。

祖冲之作为一位科学家，其造诣是多方面的。他不但对数学、天文、机械制造很有研究，还精通文学和音乐理论，又著有《易老庄义释》、《论语孝经注》、《述异记》等书。可惜这些书都已失传了。

来源：安老师天天作文网

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