登陆注册
15889100000002

第2章 祖冲之及其子孙

一、祖冲之出身技术官宦之家

祖冲之祖籍河北涞源(今河北涞水县),429年生,500年谢世。先辈迁居江南。祖父祖昌任大匠卿,相当于现今的土木总工程师;其父祖朔之学识渊博,任南朝文官。祖冲之童年耳濡目染,熏陶于既重视科学技术又有浓厚的文化底蕴的书香之家,形成了既崇尚科学技术又文雅细致的思想性格,从青少年时代起,有机会随父出入华林书省。那里是国家级讲学藏书重地,祖冲之在此博览群书,思考问题,为日后的科研活动打下了基础。后来祖冲之进入仕途,任江苏镇江州刺史助理,后入朝做官(先后任公府参军和谒者仆射等职),后又提升为长水校尉,官至四品。

看起来,似祖冲之这等有数学天才的人才,亦难免于中国知识分子学而优则仕的传统顽疾,一个科学家为科学之外的俗事浪费才能,实在可惜。设想祖冲之若能如刘徽那样做一位平民数学家,或许会对人类的科学事业做出更重大的贡献。

二、祖冲之注《九章》,著《缀术》

继刘徽之后,祖冲之对《九章算术》做出了有别于刘徽的另种注解,同时自著《缀术》一书。此书是一本经典数学教科书,在唐朝使用多年,后传入日本、朝鲜等国作教材。但由于唐朝主管教育的官吏对数学科学的无知,他们根本看不懂《缀术》,事实上《缀术》是当时最佳的数学教材,朝官竟下令废止《缀术》一书。唐相魏征在其所撰的《隋书》上说:“学官莫能查其深奥,是故废而不理。”今《缀术》已失传!

三、祖冲之求得π∈(3.1415926,3.1415927)

祖冲之沿用刘徽的割圆术求得π的7个准确的有效数字,而且把π用分数近似表示成π≈227,π≈355113。

227称为疏率,355113称为密率。公元1912年,日本著名数学家三上义夫提议把π≈355113称为“祖率”,得到了各国数学家的赞同。从公元480年祖冲之得到π∈(3.1415926,3.1415927)到公元1429年,祖冲之关于π的成果在数学史上领先了900多年。1429年伊朗数学家卡西(Kashi)求得π的值准确到小数点后第16位。

关于祖冲之的求π过程,没有史料可查,史学家认为,当时除了用割圆术之外,没有别的方法。用割圆术则需对圆作内接正24576边形,进行递推计算

a2n=2-4-a2n(n≥6,a6=1)

a22n=2-4-a2n

由于24576=6×212,要递推12个“回合”,每个回合要进行一次运算,得a245762后再求a24576,一共要进行13次运算。用笔和手高精确度地进行运算可不是容易的事情。此外,还要进行多次四则运算,才能求得π的近似值π∈(3.1415926,3.1415927)。进行如此繁琐的计算,真是难能可贵。如果没有超人的事业心、极其坚强的毅力和足够的耐性,那是无法做到的。

由于祖冲之的杰出贡献,中国邮电部发行了祖冲之纪念邮票;公元1964年紫金山天文台发现的小行星命名为“祖冲之星”;前苏联把宇宙火箭发现的月球环形山命名为“祖冲之山”。我国伟大数学家祖冲之的学术成就与日月齐辉。

四、祖冲之的《大明历》和机械发明

祖冲之是中国古代著名的天文学家。在中国古代,有很多数学家都是天文学家。各朝君主皆重视历法编制,因为历法与农业季节有关,同时也与皇家迷信、祈天祭地、自愚愚民有关,天文历法的内容则必须由长于计算的数学家来完成。祖冲之编制的《大明历》是当时最为科学最为实用的历法,在中国采用80余年。祖冲之确定冬至时刻的算法一直沿用到清代。祖冲之算出一个回归年为365.24281481日,与现代的365日5时48分46秒相差无几,他的结果在世界上领先了700多年。

462年(大明六年),祖冲之把他编的新历法提交朝廷审议,遭到了在朝中得势的戴法兴的无理指责。朝中百官,慑于戴的淫威,都趋炎附势,跟着戴法兴瞎起哄,乱讲祖冲之的新历法“诬天背经”。33岁的祖冲之写了为自己辩护的《驳议》,呈送皇帝。祖冲之在《驳议》中说:“愿闻显据,以核理实;浮辞虚贬,窃非所惧。”510年,由祖冲之之子祖暅的推荐,又经实际天象的检验,证明《大明历》确实是一部科学的历法,比旧历法先进,朝廷才正式在全国颁布实行《大明历》,这已是祖冲之谢世10年之后的事了!在封建统治下的中国,为科学发展做点有意义的事可真不容易,来自政治上与思想上的阻力太大。

祖冲之继承了爷爷技术工作的机敏匠心,在机械方面有不少精巧发明,例如他制造了指南车;我国古代就有指南车的传说,但祖冲之未见其机制构造如何,后来也有人企图造指南车,皆因机件不灵而不能付诸实用,惟祖冲之的铜制指南车,“圆转不穷而司方(指南)如一!”

祖冲之后来又设计制造了日行百里的“千里船”和用水力推动的磨,他还造出一种叫做“欹器”的仪器,用来警示人们要讲“分寸”和“中庸”,不要自满或极端言行,这种仪器盛水时,“中则正,满则覆”,哲理鲜明。

五、祖暅继承父业

祖暅是5世纪至6世纪的人,中国古代杰出的数学家和天文学家。《南史》上载:“祖暅少传家业,究极精微,已有巧思。”《南史》上还讲了下面这个故事:一日祖暅边行路边思考一个数学问题,一头撞倒了大官徐勉,徐疼得大叫,祖暅才发现了题外之事,连连向徐大官人道歉;祖暅对数学痴迷的程度由此可见一斑。

祖暅对家父的《大明历》和《缀术》进行了修订与补充,且鼎力推广。504年,祖暅上书梁武帝萧衍,指出原《元嘉历》多处疏误,主张改用《大明历》,萧衍不批准。5年后,祖暅对《元嘉历》与《大明历》的短长进行公开答辩,经朝廷主管部门对观测数据的核对,证明《大明历》确实先进于《元嘉历》,萧衍颁皇榜,下令在全国实行《大明历》。

为了研究历法,祖暅在河南嵩山之巅筑天文观测站,亲自登顶观测数据,根据他不舍昼夜的观测与研究计算,著《天文录》30卷。

伴君如伴虎,513年,祖暅效力的南梁与北魏开战,当时祖暅在朝任“材官将军”(相当于总后勤部主任),魏降将王足向梁武帝献策,主张在淮河拦腰筑坝,把水势抬高,等魏军兵到,再破坝放水,以攻魏军。朝廷派祖暅前往两军争夺的要地寿阳城考察现场,并要求他写出可行性报告。祖暅经认真考察上书皇帝说此事不可行,不然会殃及百姓。可恨梁武帝不听祖暅正言,执意按王足的主张行事,结果魏军攻占寿阳(今安徽寿县)后,梁武帝下令破坝放水,魏军虽弃城退走,但大水淹没寿阳城,两岸百里一片泽国,黎民百姓死伤无数,生灵涂炭,怨声载道。梁武帝到头来反拿祖暅问罪,把祖暅关进监牢9年之久。525年,魏军攻占徐州,把祖暅从狱中劫走,魏将出于对祖暅是当时著名的数学家和天文学家之崇敬,待祖暅为座上宾。

六、祖暅巧算牟合方盖体积

图8中D'-ABCD是牟合方盖的18,以r为边长的立方体ABCD-A"B"C"D"内正四棱锥O-A"B"C"D"向右平移出去,其中O是正方形ABCD的对角线交点。用与立方体下底相距为h的平面截左右两个立体,则FGHM是正方形,FMQE与MHPN是全等矩形,又EF=r2-h2,FG=r-r2-h2,故FGHM,FMQE与MHPN三者的面积之和为

2[r2-h2(r-r2-h2)]2+(r-r2-h2)2

=2rr2-h2-2r2+2h2+r2-2rr2-h2+r2-h2

=h2

右方的正方形STWR的面积也是h2,由刘祖等幂等积定理得

D"-ABCD的体积=r3-13r3=23r3

V牟=8×23r3=163r3

再由刘徽公式

V牟V牟=4π

V球=43πr3

在现代数学中,一般是用二重积分来计算V牟的:设圆柱底半径为r,如图9所示,两直交圆柱的方程为

x2+y2=r2,x2+z2=r2

牟合方盖的18是一个曲顶柱体,其底是

D={(x,y)|0≤y≤r2-x2,0≤x≤r}

顶曲面方程是

z=r2-x2

于是

18V牟=Dr2-x2dxdy

=∫r0[∫r2-x20r2-x2dy]dx

=∫r0r2-x2yy=r2-x2y=0dx

=∫r0(r2-x2)dx

=23r3

要知道,学会上面这种二重积分运算,需要大学二年级的数学水平,与祖暅的算法相比,积分法可以说有点相形见绌。

七、祖暅文武才略双合,善算功

祖暅之子祖皓子承父业,精通天文与数学,文武双全。《南史》上称“暅之子皓,志节慷慨,有文武才略,少传家业,善算功。”可惜祖皓亦贪图仕途,曾做江都县令,后提拔为广陵太守,相当于现在的警备区司令。祖皓在一次战争中被俘,《南史》载:“城陷,皓见执,被缚射之,箭遍体,然后车裂以殉。”一位祖家的数学天才白白为皇家送了命,落了个尸骨不全的悲惨下场,实在令人惋惜!从此祖氏数学世家绵承三代而不幸中断了!

同类推荐
  • 生态学实验

    生态学实验

    本教材编写的基本框架是,体现生态学教学的基本理念,并贯彻实验教学大纲的设计思想,将内容分为生态学实验基础、基础性实验、综合性实验三大模块。其中,生态学实验基础主要介绍生态学实验开展的基础知识、常用的实验技术和方法,特别是与后述实验(基础性实验、综合性实验)密切相关的技术和方法;基础性实验主要是针对理论课涉及的生态学原理进行的验证性和设计性实验,并做部分拓展;综合性实验是让学生在具备一定的实验设计能力和科研能力的基础上,整合一至多个生态学原理所开展的应用性较强的实验。
  • 幸福之门

    幸福之门

    我们中小学生必须要加强阅读量,以便提高自己的语文素养和写作能力,以便广开视野和见识,促进身心素质不断地健康成长。
  • 汽车检测技术

    汽车检测技术

    随着我国汽车保有量的不断上升,以及现代技术在汽车上的应用,社会对汽车检测及维修人员的需求不断增加。根据教育部有关文件精神,江苏科技出版社召开有关会议,讨论教材的编写工作,《汽车检测技术》是在汽车不解体的情况下,阐述如何运用各种检测设备检测汽车技术状况的一门专业课程。
  • 指导学生身心健康发展故事集—自知如镜化伟力

    指导学生身心健康发展故事集—自知如镜化伟力

    学生时代,是一个充满理想的季节,也是人体发育的转折关键期,这一时期,如何正确认识和对待自己的生理变化,怎样面对生活和生理的各种烦恼,是决定青少年身心是否健康的关键。
  • 语文新课标课外读物——辛巴达历险记

    语文新课标课外读物——辛巴达历险记

    现代中、小学生不能只局限于校园和课本,应该广开视野,广长见识,广泛了解博大的世界和社会,不断增加丰富的现代社会知识和世界信息,才有所精神准备,才能迅速地长大,将来才能够自由地翱翔于世界蓝天。否则,我们将永远是妈妈怀抱中的乖宝宝,将永远是温室里面的豆芽菜,那么,我们将怎样走向社会、走向世界呢?
热门推荐
  • 跟《毛选》学战略,向德鲁克学管理

    跟《毛选》学战略,向德鲁克学管理

    他被誉为“神州崛起的开拓者”,他被尊称为“现代管理学之父”;他是中华人民共和国的开国元勋毛泽东,他是世界级管理大师德鲁克。这部中西合璧的管理著作,将本土化管理思想和西方先进管理理念进行了糅合,让管理者能够灵活掌握这两位大师级人物的管理思想和精华。
  • 宠妃倾城

    宠妃倾城

    倾城作为公主,这辈子所会的一切都是苏墨弦教的,读书写字是他教的,弹琴画画是他教的……他却独独没有教过她杀人。然而,当她的国家被他篡去以后,她削骨易容,重回他的身边,却只为杀他而生。
  • 魔之五毒教

    魔之五毒教

    清幽一生隐居山林,从未有人知道其生前之事迹,也未曾有人知道其来历,一生收徒五人,将自己一身的绝学分别传授其五人,没人只得学其一样。清幽本意是想让自己的五位徒弟匡扶正义,行大侠之道,怎奈,世态炎凉,五位徒弟下山之后,便掀起一片腥风血雨,民不聊生。。。
  • TFBOYS之十年如初

    TFBOYS之十年如初

    十年之约,一路有我。希望未来的路,大家一起走。你若不离,我定不弃!
  • 都市小人物之崛起

    都市小人物之崛起

    一个默默无闻高中缀学的乡下小子为了让母亲摆脱贫穷的生活背井离乡到大城市打拼,没有学历和见识的他选择在鱼龙混杂的电脑城打下自己的一片天空。一个在贫贫如洗的生活环境中努力奋斗的小人物的励志生涯,有心酸,有艰辛,有欢声笑语,也有燕燕人儿,还有职场算计都将迎刃而解,小萝莉,傲娇的合作人,强势的学姐,善解人意文韬武略的意中人......
  • 我们青春的故事

    我们青春的故事

    似乎都已经悄然改变。我不得不承认我们都回不到从前。或许我可以用另一种方式来怀念你们——————————青春的故事
  • 万古武王

    万古武王

    秦长歌是个小神,度九天雷劫之时被五彩神雷击中,穿越到神武大陆……修八重武脉,获天脉之力。一朝觉醒,逍遥万界,焚尽诸天!
  • 逆光·浅草

    逆光·浅草

    总有一些事,怎么说怎么做,都无法去澄清。总有一些人,不用说不用做,都愿意去相信。我希望在你心中,有着足够的分量,值得你抛开一切的误会,无条件地信任我。无论天崩地裂还是丢人现眼,都会牵着我的手说:“只相信你说的!”习惯性拖稿成病的慕夏,吐血完成诗一般优美的《我愿为你唱这首小情歌》,动人的旋律一直延续到青春后期很久很久。
  • 神级天赋

    神级天赋

    他是贫民窟的孩子,但他不缺妹子;他是初玩网游的菜鸟,但他技术无敌;他是功夫高手,他是杨氏太极的传人,他是杀手之王的弟子……系统提示——“由于您接受了终极任务——【诸神的回归】,获得唯一终极技能——【诸神的祝福】。”【诸神的祝福】(不可升级)技能效果:使用技能之后,在五秒内幸运值增加10000点。每使用一次本技能,将获得一点固定幸运值。冷却时间:7个自然日。技能介绍:这是诸神的赐福,拥有篡改天命的力量!PS:本书前面部分为了照顾无线读者和新人读者,爽点写得稍微直白一些,如有老读者觉得爽过头了,请谅解。后面部分,一定有你想要的!
  • 健康营养月子餐500例

    健康营养月子餐500例

    《健康营养月子餐500例》内容简介:新妈妈坐月子的好坏关系到一生的健康与美丽。女性在经历了近10个月的怀孕、分娩,身体耗费了大量的气血,而充足的气血决定着新妈妈以后的健康,对产后的恢复与哺乳也有很大影响。因此,坐月子期间的饮食调理对于新妈妈和宝宝来说是非常重要的。新妈妈产后坐月子不再需要盲目地大量补充营养,而是应该合理地调理身体、促进乳汁分泌、快速恢复体能,以达到产前的窈窕身材。