中国古代圆周率的计算

从古到今,π的值已经计算到小数点后上千万位了,仍然无穷无尽,即使使用目前最先进的计算机,在π面前也是无能为力,只能得到一个近似值,而永远也得不到准确值。

中国古代圆周率的计算


π叫圆周率,是圆周长与直径之比,是一个无限不循环小数,无论计算到小数点之后多少位,人们都无法找到它的重复循环部分。起初,人们粗略计算出π近似等于3,但是随着科学技术与生产力的发展,人们对于π的要求也越来越精确。

东汉时的张衡,曾推算出圆周率的值为3.1466,而三国时期吴国的王蕃推算的值为3.1566,虽然比此前的圆周率有所突破,但是他们得出的结果不是经过严格科学计算得出的,没有提出π值的理论计算方法。直到魏晋时代杰出的数学家刘徽的出现,才改变了这种状况。

刘徽在公元263年为《九章算术》作注时,发觉“周三径一”不是圆周率值,而是圆内接正六边形周长和直径的比值。他说,当圆内接正多边形的边数增加时,多边形的周长就越来越逼近圆周长。这样的发现启发他创立了割圆术,为计算圆周率和圆面积建立了相当严密的理论和完善的算法。

中国古代圆周率的计算

刘徽


根据这些有关圆的定理,刘徽从圆内接正六边形算起,边数逐步加倍,相继算出内接正十二边形、正二十四边形,直到正九十六边形的边长,并求出正一百九十二边形面积S192=3.14*64/625,这相当于求得π=3.14124。在实际计算中,他采用π=3.14=157/50.刘徽又继续推算下去,求出了圆内接正三千零七十二边形的面积,验证了前面的结果,并且得出了更精确的圆周率π=3927/1250≈3.1416。

刘徽的割圆术为圆周率的计算赋予了真正科学的意义,从理论上为计算圆周率探索出了一套科学的方法。圆周率的计算再也不是用物理实体进行模拟后得出的结果,避免了测量上的误差,计算程序也比以前简单方便,而且使其有了真正的数学意义。

中国古代圆周率的计算

刘徽的割圆术


到了南北朝时期,中国另一位杰出的数学家祖冲之,利用刘徽的割圆术,在小数还处于萌芽的时代,假设圆的直径为1亿丈,以惊人的勇气和毅力,用简陋的筹算,完成了大量极其复杂的计算,精确地计算出π的值为—3.1415926<π<3.1415927

中国古代圆周率的计算

祖冲之


这个计算把π的值推算到了小数点后7位,取得了极为准确的结果。能做到这一点是非常不容易的,因为要把π的值准确计算到小数点后7位,需要求出圆内接正122288边形的边长和24576边形的面积,这是一项非常艰难复杂的工作。祖冲之凭借着深厚的数学功底,坚韧不拔的毅力,才取得了这一来之不易的成就。这在当时乃至之后的1000年中都是最先进的。直到15世纪,阿拉伯数学家阿尔.卡西和16世纪法国的维叶特才使π值向更为精确的数值推进了一步。

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页面更新:2024-03-06

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