圓周率顯「神算」千秋輝煌


  圖:南北朝數學家祖沖之將圓周率推算至小數點後7位數

  圓周率(π)是數學中最重要的常數之一,應用十分廣泛。圓周率的計算,是衡量一個國家古代數學發展水平的尺度之一。中國古代數學在這方面取得了驕人成績。

  秦漢以前,人們從實踐中認識到圓的周長是「徑一周三」,即圓的周長是圓直徑的3倍,是為「古率」。後來發現古率誤差太大,圓周率應是「圓徑一而周三有餘」,不過究竟「餘」多少,意見不一。

  三國時期,劉徽創立「割圓術」,在圓內放置正多邊形,正多邊形的邊與邊交接點須和圓周相接;如此,正多邊形的邊數越多,其各邊相加的總長度和圓周周長之間的差額就越小。用這種方法,劉徽求得圓周率的近似值為3.14,一說其推算到小數點後4位數。

  祖沖之在前人的基礎上,反覆演算,將圓周率推算至小數點後7位數。據《隋書·律歷志》記載,祖沖之計算出兩個數:一是盈數(即過剩的近似值),為3.1415927;一是朒數(即不足的近似值),為3.1415926。圓周率真值正好在盈朒兩數之間:3.1415926<π<3.1415927。這個紀錄保持了900多年,一直到公元1424年,阿拉伯數學家阿爾卡西才計算出比祖沖之更精確的圓周率。祖沖之還提出圓周率的分數值:355/113(約等於3.1415929),稱為「密率」。直到1573年,德國數學家才求出相同數值。日本數學家三上義夫建議將355/113這個圓周率數值稱為「祖率」,以紀念其貢獻。

  計算圓周率是一件極複雜、困難的工作。《隋書》沒有具體說明祖沖之的運算方法,但他很可能是採用割圓術,因為採用此法,將圓的內接正多邊形的邊數增加到24,576邊時,恰好得出祖沖之所求得的結果。而在當時,祖沖之進行這樣繁複的計算,只能用籌碼(小竹棍)來逐步推演,如果頭腦不是十分冷靜精細,沒有堅韌不拔的毅力,是絕對無法成功的。祖沖之頑強刻苦的研究精神,值得推崇。

  (科技篇·三)余正