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數學家祖沖之與圓周率的故事

2023-04-03

本篇文章給大家談談我國古代數學家祖沖之在計算圓周率上的卓越貢獻，以及祖沖之圓周率故事的簡筆數學手抄報，希望對各位有所幫助，不要忘了收藏本站喔。

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祖沖之與圓周率的故事是什么？

祖沖之自幼喜歡數學，在父親和祖父的指導下學習了很多數學方面的知識。一次，父親從書架上給他拿了一本《周髀算經》，這是一本西漢或更早的著名的數學書。書中講到圓的周長為直徑的3倍。于是，他就用繩子量車輪，進行驗證，結果卻發現車輪的周長比車輪直徑的3倍還多一點。他又去量盆子，結果還是一樣。他想圓周并不完全是直徑的3倍，那么圓周究竟比3個直徑長多少呢？在漢以前，中國一般用三作為圓周率數值，即“周三徑一”。這在計算圓的周長和面積時，誤差很大。祖沖之在劉徽創造的用“割圓術”求圓周率的科學方法基礎上，運用開密法，經過反復演算，求出圓周率為：3.1415927>π>3.1415926。這是當時世界上最精確的數值，他也成為世界上第一個把圓周率的準確數值計算到小數點以后第7位數字的人。直到1000多年后，這個紀錄才被歐洲人打破。圓周率的計算，是祖沖之在數學上的一項杰出貢獻，有外國數學史家把π叫做“祖率”。

祖沖之與圓周率的故事

祖沖之是世界上第一個把圓周率的準確數值計算到小數點以后七位數字的人。直到一千年后，這個記錄才被阿拉伯數學家阿爾·卡西和法國數學家維葉特所打破。

祖沖之提出的它研究和計算的結果，證明圓周率應該在3.1415926和3.1415927之間，也是直到一千年以后，才由德國稱之為“安托尼茲率”，還有別有用心的人說祖沖之圓周率是在明朝末年西方數學傳入中國后偽造的，這是有意的捏造。

記載祖沖之對圓周率研究情況的古籍是成書于唐代的史書《隋書》，而現傳的《隋書》有元朝大德丙午年（公元1306年）的刊本，其中就有和其他現傳版本一樣的關于祖沖之圓周率的記載，事在明朝末年前三百余年。而且還有不少明朝之前的數學家在自己的著作中引用過祖沖之的圓周率，這些事實都證明了祖沖之在圓周率研究方越的成就。

那么，祖沖之是如何取得這樣重大的科學成就呢？可以肯定，他的成就是建立在前人研究的基礎之上的。從當時的數學水平來看，祖沖之很可能是繼承了劉徽所創立和面卓首先使用的割圓術，并且加以發展，因此獲得了超越前人的重大成就。

在前面，我們提到割圓術時已經知道了這樣的結論：圓內接正n邊形的邊數越多，各邊長的總和就越接近圓周的實際長度。但因為它是內接的，又不可能把邊數增加到無限多，所以邊長總和永遠小于圓周。

祖沖之按照劉徽的割圓術之法，設了一個直徑為一丈的圓，在圓內切割計算。當他切割到圓的內接一百九十二邊形時，得到了“徽率”的數值。但他沒有滿足，繼續切割，作了三百八十四邊形、七百六十八邊形……一直切割到二萬四千五百七十六邊形，依次求出每個內接正多邊形的邊長。最后求得直徑為一丈的圓，它的圓周長度在三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽到三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽之間，上面的那些長度單位我們現在已不再通用，但換句話說：如果圓的直徑為1，那么圓周小于3.1415927、大大不到千萬分之一，它們的提出，大大方便了計算和實際應用。

要作出這樣精密的計算，是一項極為細致而艱巨的腦力勞動。我們知道，在祖沖之那個時代，算盤還未出現，人們普遍使用的計算工具叫算籌，它是一根根幾寸長的方形或扁形的小棍子，有竹、木、鐵、玉等各種材料制成。

通過對算籌的不同擺法，來表示各種數目，叫做籌算法。如果計算數字的位數越多，所需要擺放的面積就越大。用算籌來計算不象用筆，筆算可以留在紙上，而籌算每計算完一次就得重新擺動以進行新的計算；只能用筆記下計算結果，而無法得到較為直觀的圖形與算式。

因此只要一有差錯，比如算籌被碰偏了或者計算中出現了錯誤，就只能從頭開始。要求得祖沖之圓周率的數值，就需要對九位有的小數進行15927加、減、乘、除和開方運算等十多個步驟的計算，而每個步驟都要反復進行十幾次，開方運算有50次，最后計算出的數字達到小數點后十六、七位。

今天，即使用算盤和紙筆來完成這些計算，也不是一件輕而易舉的事。讓我們想一想，在一千五百多年前的南朝時代，一位中年人在昏暗的油燈下，手中不停地算呀、記呀，還要經常地重新擺放數以萬計的算籌，這是一件多么艱辛的事情，而且還需要日復一日地重復這種狀態，一個人要是沒有極大的毅力，是絕對完不成這項工作的。

這一光輝成就，也充分反映了我國古代數學高度發展的水平。祖沖之，不僅受到中國人民的敬仰，同時也受到世界各國科學界人士的推崇。1960年，蘇聯科學家們在研究了月球背面的照片以后，用世界上一些最有貢獻的科學家的名字，來命名那上面的山谷，其中有一座環形山被命名為“祖沖之環形山”。

祖沖之在圓周率方面的研究，有著積極的現實意義，適應了當時生產實踐的需要。他親自研究過，并用最新的圓周率成果修正古代的量器容積的計算。

古代有一種量器叫做“釜”，一般的是一尺深，外形呈圓柱狀，那這種量器的容積有多大呢？要想求出這個數值，就要用到圓周率。祖沖之利用他的研究，求出了精確的數值。

他還重新計算了漢朝劉歆所造的“律嘉量”（另一種量器，與上面提到的都是類似于現在我們所用的“升”等量器，但它們都是圓柱體。），由于劉歆所用的計算方法和圓周率數值都不夠準確，所以他所得到的容積值與實際數值有出入。祖沖之找到他的錯誤所在，利用“祖率”校正了數值。為人們的日常生活提供了方便。

以后，人們制造量器時就采用了祖沖之的“祖率”數值。祖沖之在前人的基礎上，經過刻苦鉆研，反復演算，將圓周率推算至小數點后7位數，并得出了圓周率分數形式的近似值。

祖沖之究竟用什么方法得出這一結果，現在無從查考；如果設想他按劉徽的“割圓術”方法去求的話，就要計算到圓內接16000多邊形，這需要花費多少時間和付出多么巨大的勞動啊！

據《隋書·律歷志》記載，祖沖之以一忽（一丈的一億分之一）為單位，求直徑為一丈的圓的周長，求得盈數為3.1415927、肭數為3.1415926，圓周率的真值介于盈肭兩數之間。

《隋書度量衡》沒有具體說明祖沖之是用什么方法計算出盈肭兩數的。一般認為，祖沖之采用的是劉徽的割圓術，但也有別的多種猜測。這兩個近似值準確到小數第7位，是當時世界上最先進的成就。

直到一千多年以后，15世紀阿拉伯數學家卡西和16世紀法國數學家F.韋達才得到更精確的結果。祖沖之確定了π的兩個漸近分數，約率22/7和密率355/113。

其中密率355/113（≈3.1415929）西方直到16世紀才由德國人V.奧托發現。它是三個成對奇數113355再折兩段組成，優美、規整、易記。為了紀念祖沖之的杰出貢獻，有些外國數學史家把圓周率π的密率叫做“祖率”。

祖沖之在數學領域的成就，只是中國古代數學成就的一個方面。實際上，14世紀以前中國一直是世界上數學最為發達的國家之一。比如幾何中的勾股定理，在中國早期的數學專著《周髀算經》（大約于公元前2世紀成書）中即有論述；成書于公元1世紀的另一本重要的數學專著《九章算術》，在世界數學史上最早提出負數概念及正負數加減法法則；13世紀時，中國就已經有了十次方程的解法，而直到16世紀，歐洲才提出三次方程的解法。

祖沖之圓周率的故事。

祖沖之算出圓周率（π）的真值在3.1415926和3.1415927之間，相當于精確到小數第7位，簡化成3.1415926，祖沖之因此入選世界紀錄協會世界第一位將圓周率值計算到小數第7位的科學家。

祖沖之還給出圓周率(π)的兩個分數形式：22/7（約率）和355/113（密率），其中密率精確到小數第7位。祖沖之對圓周率數值的精確推算值，對于中國乃至世界是一個重大貢獻，后人將“約率”用他的名字命名為“祖沖之圓周率”，簡稱“祖率”。

擴展資料

家世背景：

祖沖之，429年（南朝宋元嘉六年）出生于建康（今南京），祖籍范陽郡遒縣（今河北淶水縣）。西晉末期，北方發生大規模戰亂，祖沖之的先輩從河北遷徙到江南，并在江南定居下來。

祖沖之就出生在江南，其祖父祖昌任劉宋朝大匠卿，是朝廷管理土木工程的官吏，父親祖朔之做“奉朝請”，學識淵博，常被邀請參加皇室的典禮、宴會。

祖沖之從小就受到很好的家庭教育。爺爺給他講“斗轉星移”，父親領他讀經書典籍，家庭的熏陶，耳濡目染，加之自己的勤奮，使他對自然科學和文學、哲學，特別是天文學產生了濃厚的興趣，在青年時代就有了博學的名聲。

參考資料來源：百度百科-祖沖之。

祖沖之和圓周率的故事

答：祖沖之和圓周率的故事

祖沖之一生鉆研自然科學，其主要貢獻在數學、天文歷法和機械制造三方面。他在劉徽開創的探索圓周率的精確方法的基礎上，首次將“圓周率”精算到小數第七位，即在3.1415926和3.1415927之間，他提出的“祖率”對數學的研究有重大貢獻。直到16世紀，阿拉伯數學家阿爾·卡西才打破了這一紀錄。

祖沖之在科學發明上是個多面手，他造過一種指南車，隨便車子怎樣轉彎，車上的銅人總是指著南方;他又造過“千里船”，在新亭江(在今南京市西南)上試航過，一天可以航行一百多里。他還利用水力轉動石磨，舂米碾谷子，叫做“水碓磨”。

祖沖之(429-500)的祖父名叫祖昌，在宋朝做了一個管理朝廷建筑的長官。祖沖之長在這樣的家庭里，從小就讀了不少書，人家都稱贊他是個博學的青年。他特別愛好研究數學，也喜歡研究天文歷法，經常觀測太陽和星球運行的情況，并且做了詳細記錄。

宋孝武帝聽到他的名氣，派他到一個專門研究學術的官署“華林學省”工作。他對做官并沒有興趣，但是在那里，可以更加專心研究數學、天文了。

我國歷代都有研究天文的官，并且根據研究天文的結果來制定歷法。到了宋朝的時候，歷法已經有很大進步，但是祖沖之認為還不夠精確。他根據他長期觀察的結果，創制出一部新的歷法，叫做“大明歷”(“大明”是宋孝武帝的年號)。這種歷法測定的每一回歸年(也就是兩年冬至點之間的時間)的天數，跟現代科學測定的相差只有五十秒;測定月亮環行一周的天數，跟現代科學測定的相差不到一秒，可見它的精確程度了。

公元462年，祖沖之請求宋孝武帝頒布新歷，孝武帝召集大臣商議。那時候，有一個皇帝寵幸的大臣戴法興出來反對，認為祖沖之擅自改變古歷，是離經叛道的行為。祖沖之當場用他研究的數據回駁了戴法興。戴法興依仗皇帝寵幸他，蠻橫地說：“歷法是古人制定的，后代的人不應該改動。”祖沖之一點也不害怕。他嚴肅地說：“你如果有事實根據，就只管拿出來辯論。不要拿空話嚇唬人嘛。”宋孝武帝想幫助戴法興，找了一些懂得歷法的人跟祖沖之辯論，也一個個被祖沖之駁倒了。但是宋孝武帝還是不肯頒布新歷。直到祖沖之死了十年之后，他創制的大明歷才得到推行。

盡管當時社會十分動亂不安，但是祖沖之還是孜孜不倦地研究科學。他更大的成就是在數學方面。他曾經對古代數學著作《九章算術》作了注釋，又編寫一本《綴術》。他的最杰出貢獻是求得相當精確的圓周率。經過長期的艱苦研究，他計算出圓周率在3.1415926和3.1415927之間，成為世界上最早把圓周率數值推算到七位數字以上的科學家。

祖沖之晚年的時候，掌握宋朝禁衛軍的蕭道成滅了宋朝。