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中国古人是怎么解方程式的,古代是怎么计算数学的

来源:整理 时间:2022-04-09 14:58:29 编辑:教育知识 手机版

问题来了,古代没有阿拉伯数字,他是怎么算得呢?首先古代数学是以竹片作为筹码来计算的,据说祖冲之为了计算圆周率,在书房的地面上画了一个直径1丈的大圆,在大圆里做内接正多边形。不同于希腊数学的公理化论证(以欧几里得《几何原本》为代表),中国古代数学是算法式的数学。

古代没有数字,祖冲之到底如何计算圆周率的?

古代没有数字,祖冲之到底是如何计算圆周率的

祖冲之以圆径1亿为1丈,圆周率满数是3丈1尺4寸1分5厘9毫2秒7忽,不足之数为3丈1尺4寸1分5厘9毫2秒6忽,什么意思呢?这就是他牛逼的地方,他未像前人一样将圆周率固定在一个数值上,而是将其界定于3.1415926到3.1415927之间。问题来了,古代没有阿拉伯数字,他是怎么算得呢?首先古代数学是以竹片作为筹码来计算的,据说祖冲之为了计算圆周率,在书房的地面上画了一个直径1 丈的大圆,在大圆里做内接正多边形。

使用的方法与刘徽的"割圆术" 一致,唯一不同的是,刘徽当时只做到了内接正96边形,祖冲之做到了做到了惊人的正12288边形。且不去探究这个故事真实与否,我们只需从中体会研究圆周率的困难和祖冲之付出的努力和汗水,这不仅需要细心的运算,更需要耐心和坚忍的意志。就是在这样的条件下,祖冲之将圆周率的数值精确了小数点后7位,他也是世界上第一位做到如此精确的人。

中国古代没有数学工具和阿拉伯数字,是如何计算和记录圆周率的?

中国古代没有数学工具和阿拉伯数字,是如何计算和记录圆周率的

上古时代,人类在适应实际生活需要的同时,逐渐形成一些非常质朴的关于数与形的直观概念。其中,方形与圆形就是自然界最常见的两种基本几何图形。如我国山东省的汉武梁祠石室浮雕,就有“伏羲氏手执矩,女娲氏手执规”的图像,以此可以看出上古时代应用规和矩两种工具(规即圆规,矩类似现在木匠用的角尺)制作方形与圆形。而且发现圆周长与直径的比是一个常数,称它为圆周率。

1706年英国琼斯提出用π表示。数学家德国数学史家莫瑞兹·康托说得好:“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。”在我国上古时期,由于生产工具、生活用具简陋,计数还处在整数范畴,为了计算简单,因此对于圆周长与其直径的关系粗略表示为“径一而周三”。这就是说π=3,可称为古率。

以此来计算圆的周长和面积。那时已经有了求圆面积的方法:“半周半径相乘得积步。”即S圆=2πr/2 ×r =πr²。随着生产、生活、科学研究的发展,需要提高计算和圆有关量的精确度,我国古代科学家对的研究,付出了极大的心血。西汉的刘歆(约公元前30年-公元后23年)为五莽统一度量衡做铜斛——嘉量歆,由其容积而推得π=3.1547,后人称为歆率。

刘歆是我国(有历史记载)研究计算圆周率近似值的第一人东汉张衡(78-139年),他于130年在计算立方体和其内切球的体积比时,推得π=√10≈3.162,是为衡率。三国时代吴国的五番于255年,求得π=3.1555。目前无史料说明他是如何求出来的。开创我国研究圆周率新纪元的是公元263年三国时代魏国刘徽的“割圆术”。

刘徽的“割圆术”记载在《九章算术》第一卷方田章的第32题的圆面积计算的注文中,他指出利用π=3这一数值算得的结果不是圆的面积,而是圆内接正十二边形的面积,结果比m的真值要小。他由圆内接正六边形算起,逐次把边数加倍,依次算出正12边形的面积、正24边形的面积、正48边形的面积、正96边形的面积、正192…边形的面积、……,这些面积会逐渐接近圆的面积πr²(其中r是圆的半径)。

如果设r=1,那么以单位圆内接正2n边形的面积(以S2n表示)来逼近圆面积。刘徽的“割圆术”中的基础理论涉及的主要关系式有:南北朝时期的祖冲之(429-500年)出于研究度量衡的需要,在刘歆、刘徽研究圆周率的基础上,继续进行深入研究,算到了圆内接正24576边形,他的成就记载在《隋书》卷十六,《律历志》卷十一内(唐代长孙无忌所编撰)。

…宋末南徐州从事史祖冲之更开密法,以圆径一亿为一丈(即以一丈为直径,把它分成一亿份),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,正数在盈朒数二限之间。密率:圆径一百一十三,圆周三百五十五,约率:圆径七,圆周二十二。兼以正圆参之,指要精密,算氏之最也。所著之书,为《缀术》,学官莫能深究其深奥,是故废而不理。

即3.1415926

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