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[组图]祖冲之与国际圆周率日           ★★★
祖冲之与国际圆周率日
作者:佚名 文章来源:本站原创 点击数: 更新时间:2010-3-14 19:00:17
对设立祖冲之纪念日的建议
王振东
 
 
祖冲之(429500年),字文远,范阳郡遒县(今河北省保定市涞水县)人,是我国南北朝时期著名数学家、天文学家。
   《隋书·律历志》有如下记载:“宋末,南徐州从事祖冲之更开密法。以圆径一亿为丈,圆周盈数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽,朒数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽,正数在盈朒二限之间。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。”
这一记录指出:祖冲之关于圆周率有两大贡献:
其一                 其一是,求得圆周率:
                        3.1415926 < π < 3.1415927
其二是,得到 π 的两个近似分数:约率为22/7;
密率为355/113。
德国数学史家康托说:“历史上一个国家所算得的圆周率的准确程度,可以作为衡量这个国家当时数学发展水平的指标。”
 
超高精度π 的计算直到今天仍然有重要意义。π的计算现在可以被人们用来测试或检验超级计算机的各项性能,特别是运算速度与计算过程的稳定性,这对计算机本身的改进至关重要。就在前些年,当英特尔(Intel)公司要推出奔腾(Pentium)芯片时,正是通过运行 π 的计算发现它有一点小问题,才将这个问题解决的。现在计算π的程序,己经成为了测试计算机的一个标准的考机程序。
 
祖冲之不仅是我国历史上杰出的科学家,而且在世界科学发展史上也有崇高的地位。巴黎“发现宫”科学博物馆的墙壁上著文介绍了祖冲之求得的圆周率。莫斯科大学礼堂的走廊上镶嵌有祖冲之的大理石塑像。为纪念这位伟大的古代科学家,人们将月球背面的一座环形山命名为“祖冲之环形山”;将1888号小行星命名为“祖冲之小行星”。
 
我国历代都有研究天文的官,并且根据研究天文的结果来制定历法。到了宋朝的时候,历法已经有很大进步,但是祖冲之认为还不够精确。他根据自己长期观察的结果,创制出一部新的历法,叫做“大明历”(“大明”是宋孝武帝的年号)。这种历法测定的每一回归年(也就是两年冬至点之间的时间)的天数,跟现代科学测定的相差只有五十秒;测定月亮环行一周的天数,跟现代科学测定的相差不到一秒,可见它的精确程度了。
 
祖冲之在科学发明上也是个多面手,他造过一种指南车,随便车子怎样转弯,车上的铜人总是指着南方;他又造过“千里船”,在新亭江(在今南京市西南)上试航过,一天可以航行一百多里。他还利用水力转动石磨,舂米碾谷子,叫做“水碓磨”。他又设计制造过计时仪器漏壶和欹器。
 
祖冲之是中华儿女的骄傲。
 
 
祖冲之留下的数学之谜
 
在圆周率近似值的计算方面,古希腊起先是走在中国前面的。公元前5世纪,当希腊数学家算得圆周率为3.1416时,中国还停留在“周三径一”的古率阶段,并一直沿用到汉代。西汉刘歆算得3.141547或3.14166,有效数字为3.1。刘徽算出圆周率为3.14,但是祖冲之不满足于刘徽这个成果,他进一步算出了圆周率大于3.1415926小于3.1415927的结果,并得到两个近似表达圆周率的分数,一个是22/7,一个是355/113。
 
祖冲之曾写过一本数学著作《缀术》,记录了他对圆周率的研究和成果。但当时“学官莫能究其深奥,是故废而不理”,以致后来失传。
 
很多人都知道用密率355/113表示π的近似值,是一项了不起的贡献。密率355/113传到了日本后,1913年日本数学史家三上一夫建议将祖冲之圆周率的密率数值命名为“祖率”,得到一致赞同。祖冲之对圆周率的求索,超过了世界水平整整1000年!直到16世纪德国人V·奥托和荷兰人A·安托尼斯才发现了圆周率的密率355/113。 但是“祖率”的妙处,和给今人留下的困惑,不少人却说不出来。
 
祖率(密率)是圆周率十分精确的近似值,且又很好记,只要将113355一分为二,便是它的分母和分子了。张景中院士在《数学家的眼光》一书中指出:它与π精确值的误差不超过0.000000267。在数学家看来,好的近似分数,既要精确,分母最好又不太大。现今数学上己不难证明,在所有分母不超过16500的分数中,密率355/113是当之无愧的冠军。
 
因为《缀术》失传了,祖冲之究竟是用什么方法将π算到小数点后第七位,又是怎样找到既精确又方便的密率的呢?这至今仍是困惑数学家的一个谜。
 
在中国科协2008年3月13日出版的《科技导报》杂志的26卷5期上,“18个中国公众关注的科技问题”一文中,己将“祖冲之究竟是怎样计算出圆周率π值的?” 列为公众关注的未解科学难题之一。
 
 
建议将314日定为祖冲之纪念日
 
美国麻省理工学院首先倡议将3日14日(寓意3﹒14)定为国际圆周率日(National  p Day)。1736年,瑞士数学家歐拉 (Euler,1707 – 1783) 提倡以希腊字母 p (音:pi) 来表示圓周率,p是圓周的希腊文 perijereia (英文为 periphery) 的字頭。直到現在,p 已成为圓周率的专用符號。在这一天,学生们会彼此祝福“圆周率日快乐!”用大家熟悉的生日歌旋律唱起 happy pi day to you!学院众多对圆周率有兴趣的人聚在一起讨论圆周率问题,吃馅饼(英文pie,与圆周率英文pi同音)以及其他各种以圆周率为主题的食物,举行圆周率背诵比赛。
 
全球各地的一些著名学的数学系,也3月14日举行Party庆祝。在圓周率日當天,加拿大滑铁庐大学还会以供應免費的餡餅来庆祝。而3月14日恰好又是著名的物理学家爱因斯坦 (Albert Einstein,1879 – 1955) 的生日。所以他们还会「择时辰」以庆祝圆周率日:选择在下午1時59分开始庆祝,它代表 3.14159 (准确至六位小数) 的圓周率近似值。
   
 
 
据网络报道2009年3月初,美国众议院正式通过了一项法案,将每年的3月14日定为美国国家圆周率日(这是从谷歌上看到的消息,尚未能由其它途径得到证实)。它鼓励学校借此机会向学生讲授π的知识,鼓励他们学习数学。美国竞争技术协会主席Jonathan Zuck认为它将是改进数学和科学教育的机遇。
 
非常遗憾地是,在世界许多国家的大学纪念圆周率日的时候,祖冲之的祖国和故乡却缺席了。
 
华罗庚先生在1964年曾说:“祖冲之虽已去世一千四百多年,但他的广泛吸收古人成就而不为其所拘泥、艰苦劳动、勇于创造和敢于坚持真理的精神,仍旧是我们应当学习的榜样。
 
为纪念祖冲之这位祖藉河北保定的科学家,在他的故乡河北保定市,河北大学1986年9月9日在图书馆的大门前,建立了祖冲之塑像(河北日报1986年9月10日头版有专门的报导)。因祖冲之的事迹早己进入了小学教材之中,塑像建成不久,就常有老师带着小学生排队前来瞻仰。
             
 
2009年是祖冲之诞生1580周年的年份,我们应当考虑怎样来纪念曾领先世界圆周率研究千年的祖冲之,建议我国将3月14日定为祖冲之纪念日
 
2010年是祖冲之逝世1510周年的年份,希望2010年3月14日,祖冲之的祖国不再缺席纪念圆周率日的活动,起码能看到国内有一些大学,开展了纪念祖冲之和圆周率的活动。
 
 
 
参考文献:
1.张景中,了不起的密率,见《数学家的眼光》7-12页,北京:中国少年儿童出版社,2002年
2.          2、李娜、苏青,18个中国公众关注的科技问题,科技导报,2008,26(5):19-25
3.河北日报,1986-09-10(1)

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