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第25章 祖冲之求圆周率

很早以前,人们就看出,圆的周长和直径的比是个与圆的大小无关的常数,这就是圆周率。古往今来,有许多的数学家为计算圆周率而付出了巨大的努力。我国南北朝时期的祖冲之利用刘徽的割圆术,经过高位数字的极艰苦、烦琐的推算,把圆周率的值计算到了小数点后的第七位3.1415926,这个具有七位小数的圆周率在当时的世界上是计算得最精确的一个。

在我国很早就有“径一周三”的说法,也就是说,假如一个圆的直径是一尺,那么它的周长也就是三尺。后来,人们渐渐发现这个说法并不完全准确。东汉的大科学家张衡认为这个固定的比例应该是3.162。而三国到西晋时期的数学家刘徽经过计算,得出了圆周率的值应该为3.14,随着时代的进步,一代又一代的数学家们通过自己的努力,将圆周率的值计算得越来越精确。

在刘徽计算出3.14的基础上,祖冲之决定采用刘徽的“割圆术”的方法算下去。所谓“割圆术”,就是在圆内做正六边形,六边形的周长刚好是直径的3倍,然后再做十二边形、二十四边形,边数越多,它的周长就和圆的周长越接近。当时的计算工具很简单,不仅没有笔算,更不用说现代先进的计算器、计算机等计算工具,只能用长4寸、方3寸的小竹棍来计算。祖冲之和他的儿子两人趴在自己的小屋里,用小竹棍摆了一个又一个正方形。父子俩算了一天又一天,眼睛熬红了,人也渐渐瘦了下来,大圆里的多边形越画越多,3072边、6144边,边数越多,边长越短。父子俩蹲在地上,一个认真地画,一个细心地算,谁也不敢走神。

最后,他们在那个大圆里画出了24576边形,并计算出了它的周长与直径比是3.1415926。俩人看着摆在地上密密麻麻的小木棍,再看看画在地上的大圆里的图形,高兴地笑了。就是在这样简陋的条件下,祖冲之推算出49152边形的周长与直径比不会超过3.1415927。所以,他得出了结论,圆周率是在3.1415926和3.1415927这两个数之间。

后来,后人在祖冲之计算的基础上,将圆周率的数值推算到了更精确的数字,但是祖冲之是世界上第一个计算圆周率精确到小数点后7位的人,他的计算比欧洲人早了1000多年,这在当时是非常了不起的。