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汉代以前,圆周率一直采用“径一周三”。这一数值很不精确。随着生产和科学的发展,汉代一些学者开始探求比较精确的圆周率值。
从新莽嘉量可得出西汉末刘歆所采用的圆周率为3.1547,东汉末的张衡则采用π=≈3.1623,三国时期吴人王蕃得出π=3.1556的数值。但他们求圆周率,都是以经验为基础,没有科学的论证。
魏晋之际,杰出的数学家刘徽创立了“割圆术”,他用这一方法分割到圆内接正192边形时,得出π值等于3.14124,后来又求得圆内接正3072边形,得出π值等于3.1416。
祖冲之并不满足于刘徽的结果,他希望求得更精确的圆周率值。要推算更精确的圆周率值,刘徽的“割圆术”是个很好的方法,祖冲之要采用刘徽的方法去超越刘徽的结果,工作量极其巨大:要从圆内接正6边形、12边形、24边形,一直算到12288边形和24576边形,要分别算出它们的边长和面积。
这中间要进行系列的加减乘除和乘方开方运算,涉及的运算步骤有一百多步,有效数字高达十七八位。而在当时,人们还不会用纸和笔进行列式演算,所有这些计算都是通过布列算筹而得以完成的。可以想像这在当时是需要何等的精心和超人的毅力,祖冲之经过艰巨的运算,终于求得了比刘徽的结果精确度更高的圆周率值。他计算出圆周率的准确值介于3.1415926和3.1415927之间,从而首次把圆周率值准确推算到了小数点后7位。
他还明确指出了圆周率的上限和下限,准确说明了圆周率的取值范围,实际上确定了其结果的误差范围。祖冲之的结果是在当时世界数学史上最先进的成就,直到15世纪,阿拉伯数学家卡西和16世纪法国数学家F·韦达才得出更精确的圆周率值。
祖冲之还给出了两个用分数形式表示的圆周率近似值:约率π=22/7;密率π=355/113。密率是分子分母都在1000以内的分数形式的圆周率最佳近似值。该数值的分数表现形式直到16世纪才被德国人V·奥托和菏兰人A·安托尼兹重新发现,在西方数学史上,π=355/113常被称为“安托尼兹率”。鉴于密率是祖冲之在世界上最先提出来的,日本著名数学史家三上义夫曾建议把“密率”称作“祖率”。
“古之九数,圆周率三,圆径率一,其术疏舛。自刘歆、张衡、刘徽、王蕃、皮延宗之徒,各设新率,未臻折衷。宋末,南徐州从事史祖冲之,更开密法,以圆径一亿为一丈,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。又设开差冪,开差立,兼以正圆参之。指要精密,算氏之最者也。所著之书,名为《缀术》,学官莫能究其深奥,是故废而不理。”-《隋书·律历上》
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隋书是唐朝魏征、长孙无忌主编,多人参与编写,其中的天文、律历志是唐朝天文学、数学家李淳风所写,但李淳风自己明显不知道355/113这个密率的存在。
唐李淳风等对刘徽注本九章算术作了一些解释,原有刘注意义十分明确的不再补注,盈不足、方程二章就没有他们的注释。九章算术所有与圆面积有关的问题,都取圆周率三计算,刘徽注以为应取五十分之一百五十七,李淳风等补注认为可以用七分之二十二计算,这是对的。但七分之二十二是祖冲之的所谓「约率」,而李淳风等引用此率,称它为「密率」。后世人误认七分之二十二为「密率」的很多,这是李注的谬种流传。
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李批评刘徽的注解,认为刘徽所计算的157/50的圆周率不准确,真正的密率应该是22/7,完全不知道祖冲之355/113的密率,由此可见,隋书中的那一段,根本不是李淳风所写,而是后人添加进去的。
Madhava of Sangamagramma
1350 - 1425
Madhava was a mathematician from South India. He made some important advances in infinite series including finding the expansions for trigonometric functions.
13 Madhava 1400 11 3.14159265359
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1400年,印度数学家把圆周率推算到了小数点后11位。
Ghiyath al-Din Jamshid Mas'ud al-Kashi
1390 - 1450
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Jamshid al-Kashi was an Islamic mathematician who published some important teaching works and anticipated Stevin's work on decimals.
14 Al-Kashi 1430 14 3.14159265358979
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1430年,伊斯兰数学家Jamshid al-Kashi把圆周率推算到了小数点后14位。
而日本数学史家三上义夫,号称在东京一家图书馆见过有一本1530年左右印刻的隋书,其中有祖冲之圆周率的记载,但这家图书馆在哪里,叫什么名字根本不提,也没有影印照片为证,这个证言的可信性等于零。
《南史·祖冲之传》 卷七十二 列传第六十二
祖冲之字文远,范阳遒人也。曾祖台之,晋侍中。祖昌,宋大匠卿。父朔之,奉朝请。
冲之稽古,有机思,宋孝武使直华林学省,赐宅宇车服。解褐南徐州从事、公府参军。
始元嘉中,用何承天所制历,比古十一家为密。冲之以为尚疏,乃更造新法,上表言之。孝武令朝士善历者难之,不能屈。会帝崩不施行。
历位为娄县令,谒者仆射。初,宋武平关中,得姚兴指南车,有外形而无机杼,每行,使人于内转之。升明中,齐高帝辅政,使冲之追修古法。冲之改造铜机,圆转不穷,而司方如一,马钧以来未之有也。时有北人索驭驎者亦云能造指南车,高帝使与冲之各造,使于乐游苑对共校试,而颇有差僻,乃毁而焚之。晋时杜预有巧思,造欹器,三改不成。永明中,竟陵王子良好古,冲之造欹器献之,与周庙不异。文惠太子在东宫,见冲之历法,启武帝施行。文惠寻薨又寝。
转长水校尉,领本职。冲之造安边论,欲开屯田,广农殖。建武中,明帝欲使冲之巡行四方,兴造大业,可以利百姓者,会连有军事,事竟不行。
冲之解锺律博塞,当时独绝,莫能对者。以诸葛亮有木牛流马,乃造一器,不因风水,施机自运,不劳人力。又造千里船,于新亭江试之,日行百馀里。于乐游苑造水碓磨,武帝亲自临视。又特善算。永元二年卒,年七十二。着易老庄义,释论语、孝经,注九章,造缀述数十篇。子暅之。
暅之字景烁,少传家业,究极精微,亦有巧思。入神之妙,般、倕无以过也。当其诣微之时,雷霆不能入。尝行遇仆射徐勉,以头触之,勉呼乃悟。父所改何承天历时尚未行,梁天监初,暅之更修之,于是始行焉。位至太舟卿。
暅之子皓,志节慷慨,有文武才略。少传家业,善算历。大同中为江都令,后拜广陵太守。
侯景陷台城,皓在城中,将见害,乃逃归江西。百姓感其遗惠,每相蔽匿。广陵人来嶷乃说皓曰:“逆竖滔天,王室如毁,正是义夫发愤之秋,志士忘躯之日。府君荷恩重世,又不为贼所容。今逃窜草间,知者非一,危亡之甚,累棋非喻。董绍先虽景之心腹,轻而无谋,新克此州,人情不附,袭而杀之,此一壮士之任耳。今若纠率义勇,立可得三二百人。意欲奉戴府君,剿除凶逆,远近义徒,自当投赴。如其克捷,可立桓、文之勋;必天未悔祸,事生理外,百代之下,犹为梁室忠臣。若何?”皓曰:“仆所愿也,死且甘心。”为要勇士耿光等百余人袭杀景兖州刺史董绍先,推前太子舍人萧勉为刺史,结东魏为援。驰檄远近,将讨景。景大惧,即日率侯子鉴等攻之。城陷,皓见执,被缚射之,箭遍体,然后车裂以徇。城中无少长,皆埋而射之。
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南齐书-祖冲之传,是南梁萧子显(487年--537年)所写,和祖冲之(429-500)几乎同时代,整篇传记没有一个字提到圆周率,历法、指南车、千里船等等发明,都一字不漏详细记载。
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朱载堉已经是明朝后期的人,依然不知道祖冲之的圆周率。
他自己计算的圆周率是:sqrt2/0.45=3.14269
隋书里如果真有祖冲之的密率,不至于这个博学多才的朱家后人一点不知道。
这个例子发生在乾嘉学派大儒钱大昕、阮元以及杰出数学家李锐身上。钱大昕先是从《隋书律历志》,获知祖冲之的圆周率π值的估计:
古之九数,圆周率三圆径率一,其术疏舛,自刘歆、张衡、刘徽、王蕃、皮延宗之徒,各设新率,未臻折衷。宋末南徐州从事史祖冲之更开密率,以圆径一亿为一丈,圆周盈数三(刻本作二,误)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。又设开差幕、开差立,兼以正圆参之,指要精密,算氏之最者也。
圆周径率,自刘徽、祖冲之以来,虽小有同异,大要皆径一周三一四而已。溉亭独创为三一六之率,与诸家之说迥殊。余考秦九韶《数学九章》「环田三积术」,其求周以径幂进位为实,开方为圆积,是九韶亦以三一六为圆率,与溉亭所创率正同,盖精思所到,闇合古人也。江宁谈教谕秦,今之算学名家,曾作一丈径木板,以篾尺量其周,正得三丈一尺六寸奇,以为溉李之说,至当不可易也。
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南宋数学家秦九昭认为圆周率=3.16,明朝数学、音律学家朱载堉认为圆周率=sqrt(2)/0.45=3.1427
一直到清朝,还有数学家用测量的办法测量圆周率=3.16,直到这时,清朝数学家钱大昕才第一次引用了隋书中的祖冲之圆周率!
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《隋书》最早刻于北宋天圣二年(1024),已失传。另有南宋嘉定间刻本残卷六十五卷及南宋另一刻本残存五卷传世。元朝大德年间饶州路刻本是比较好的版本,涵芬楼百衲本《隋书》即据此影印。清乾隆年间武英殿刊本是较为流行的版本。1973年中华书局影印的校点本即依据以上数种版本校勘整理而成,是目前最好的通行本。
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宋朝、元朝的刻本都是残缺不全,乾隆年间的武英殿刻本最全、最流行,篡改的时间就是此时!
可以肯定,乾隆年间武英殿翻刻隋书时,添加进去了这么一段话。
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355/113的圆周率,是欧洲数学家1570年左右发现,传入中国应该是明朝末期的事。
Ptolemy (c. 150 AD) 3.1416
Zu Chongzhi (430-501 AD) 355/113
al-Khwarizmi (c. 800 ) 3.1416
al-Kashi (c. 1430) 14 places
Viète (1540-1603) 9 places
Roomen (1561-1615) 17 places
Van Ceulen (c. 1600) 35 places
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1600年,欧洲人已经把圆周率算到小数点后35位数,355/113的密率也早出来了。
这才为乾隆时的武英殿刻本造假,提供了数据来源。
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《隋书》最早刻于北宋天圣二年(1024),已失传。另有南宋嘉定间刻本残卷六十五卷及南宋另一刻本残存五卷传世。元朝大德年间饶州路刻本是比较好的版本,涵芬楼百衲本《隋书》即据此影印。清乾隆年间武英殿刊本是较为流行的版本。1973年中华书局影印的校点本即依据以上数种版本校勘整理而成,是目前最好的通行本。
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南宋嘉定刻本只存65卷(列传第三十),另一南宋刻本只存五卷(肯定没有卷十六),元朝大德九路刻本只有十九至二十三,共计五卷,也没有卷十六。
现在的隋书都是以乾隆武英殿刻本翻印,这就是戴震篡改过的版本。
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《隋书》最早付梓应在宋天圣二年(1024年),天圣二年刊刻《隋书》时,纪传题魏征撰,志题长孙无忌撰,以后各本多从此说,《四库全书总目》提要等则将全书题为魏征撰。国家图书馆藏一部宋刻残本,共5卷,为李盛铎旧藏,李跋称之为南宋建阳所刻,学界对此普遍认同,习称宋中字建本。卷八十五末有天圣二年隋书刊本原跋,可以视为天圣二年刊刻《隋书》的佐证。然天圣本今已不传,国家图书馆收藏的这部《隋书》为宋刻递修本,全书存六十五卷:一至九、十三至十五、十九至二十六、三十二至七十六,从所避宋讳看,应刊刻于南宋之初。学界习称小字本。此本为内阁大库散出之书,著名藏书家傅增湘先生曾经眼于宝应刘翰臣家,原为蝴蝶装,傅氏称之“厚茧纸禙封,黄绢为衣,尚是宋代宫装,惜虫蚀过甚,版心尽失,不可复治,爰命工重加装订,别选佳纸为衣,而以蜕衣附焉。”后已改为线装。
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上面帖子有个小失误。
南宋刻本有两种,一种只存五卷,肯定没有卷十六。
一种现存六十五卷(不是只有第六十五卷),全书共八十五卷,这本南宋刻本保留有1-9卷,13-15卷,19-26卷,32-76卷。
关键的卷十六 律历上 还是没有。
由此可以看出,南宋的两种隋书刻本加上元大德九路的隋书刻本,都不存在卷十六。
由此也可以看出,祖冲之圆周率一段最早就是出现在武英殿-四库全书刻本里。
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隋书八十五卷 (唐)魏徵等撰 宋刻本 李盛铎 袁克文跋 国家图书馆
存五卷(二十四至二十五、八十三至八十五)
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南宋建阳刻本的隋书现存五卷,是24-25,83-85,没有卷十六。
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有人提到汲古阁版本隋书,这本隋书是日本人1905年从大清国购入的所谓汲古阁版本隋书,实际上是一本伪造的古书,是以四库全书版本为蓝本伪造。
这本隋书现存于早稻田大学图书馆。
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早稻田大学收藏汲古阁版隋书
红色印章上说明:明治三十八年八月(1905年8月)诸同仁悼山田一郎君集资所购以赠
四库全书的编纂写是1772-1782年,据此已经100多年了。
黑色图章:琴川毛鳳苞氏審定宋本
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中国历史上的pi:
《周髀算经》:周三径一,即pi=3
汉朝,刘歆(约公元前50—公元23年),pi=3.1547
张衡(78-139),pi有几个近似值:pi = 730/232 = 3.1467,pi = 92/29 = 3.172413,pi = 根号10 = 3.162
汉朝,蔡邕,pi = 3.125
魏晋,刘徽(3世纪),pi = 157/50 = 3.14,pi=3927/1250=3.1416
东晋与南北朝,何承天(370—447),pi = 3.1429或3.1432
三国,王蕃(228—259),pi= 142/45 = 3.155
!!!祖冲之(429—500),pi = 22/7,pi = 355/133,pi=3.141592
宋朝,秦九韶,pi = 根号10 = 3.162
明朝中叶,陈尽谟,pi = 3.1525
明朝,朱载堉,首创全世界通用的音律之十二平均律,pi = 3.1427
明朝,邢云路(明神宗年间),pi=3.1213,pi=3.126
明朝,方以智(1611—1671), pi = 52/17 = 3.0588,
明朝,程大位,被尊为算盘之神《算法统综》的作者,pi = 25/8 = 3.125
清朝,王元启(1714—1786),钱塘(康熙年间),pi = 根号10 = 3.162
清朝,顾长发,袁士龙,庄亨阳,pi = 3.125
注:我们说某某人用了某个数字作为圆周率,并不是说此人认定圆周率就是那个数字,上面列举的数字有很多只是说某人曾经使用某个数作为圆周率而已。有的人在不同的场合用的圆周率可能是不同的。
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宋朝李籍的《九章算术音义》和王应麟的《玉海》、赵友钦《革象新书》也引了祖冲之的圆周率
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有人提出这个证据,但分析一下就发现了问题,这三本书现存的版本都是戴震编纂的四库全书版本,真实性如何,已经不言而喻了。