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圓周率的發明故事

時間: 玉玲2 歷史事跡

  大家都知道圓周率,可你知道圓周率的發明故事嗎?一起來看看小編給大家精心準備的資料,歡迎閱讀!

  圓周率的發明故事

  圓,是人類最早認識的一種曲線,也是用途最廣的一種曲線。還在遙遠的古代,火紅的太陽、皎潔的月亮、清晨的露珠,以及動物的眼睛,水面的波紋,都給人以圓的啟示。

  現代,從滾動的車輪到日常用品,從旋轉的機器到航天飛船,到處都有圓的身影。人們的生活與圓早已結下了不解之緣。圓,以它無比美麗的身影帶給人們無限美好的遐想。圓滿、團圓,這些美妙的詞語寄托了人們多少美好和幸福的憧憬!

  圓周率是圓的靈魂,是圓的化身,可是這位仙子,卻遲遲不肯揭開她那神秘的面紗。

  人們對圓周率的認識經歷了漫長的歷史歲月,許多數學家為此獻出了畢生的精力。現在,就讓我們穿過時間隧道,與這些偉大的數學家作一次親密接觸吧!

  早在三千多年以前的周朝,我們的祖先就從實踐中認識到圓的周長大約是直徑的3倍,所以在距今2000多年前的西漢初年,在我國最古老的數學著作《周髀算經》里就有了“周三徑一”的記載。

  隨著生產的發展和文明的進步,對圓周率精確度的要求越來越高。西漢末年,數學家劉歆提出把圓周率定為3.1547。到了東漢,張衡——就是那位發明候風地動儀的天文學家,建議把圓周率定為3.1622。

  但是,這兩種建議都因為缺乏科學依據而很少有人采用。一直到了公元263年,三國時期魏國的劉徽創立了割圓術,才使圓周率的計算走上了科學的道路。

  什么是割圓術呢?原來,劉徽在整理我國古老的數學著作《九章算術》時發現,所謂的“周三徑一”,實質上是把圓的內接正6邊形的周長作為圓的周長的結果。

  于是他想到:如果用圓的內接正12邊形、24邊形、48邊形、96邊形……的周長作為圓的周長,豈不是更加精確。這就是割圓術。用他自己的話說就是:“割之彌細,所失彌少,割之又割,以至于不可割,則與圓周合體而無所失矣。”

  但是,因為計算過程隨著邊數的增加越來越復雜,限于當時的條件,劉徽只計算到圓的內接正96邊形,使圓周率精確到兩位小數,得到3.14。后來,劉徽又算到圓的內接正3072邊形,使圓周率精確到四位小數,得到3.1416。還記得,我們那一代人上小學的時候,圓周率用的就是這個值。

  又過了大約200年,到了南北朝的時候,我國出了一位大數學家,也是天文歷算學家祖沖之。祖沖之于公元429年4月20日出生于范陽郡遒縣(現在的河北省淶水縣)。他小時候沒上過什么學,也沒得到過什么名師指點,但是他自學非常刻苦,尤其是對天文、數學有著濃厚的興趣。

  他廣泛搜集認真閱讀了前人有關天文、數學的許多著作,卻從來不盲目接受,總要親自進行測量和推算。公元460年,他采用劉徽的割圓術,一直算到圓的內接12288邊形,推算出圓周率應該在3.1415926到3.1415927之間。同時,他還提出用兩個分數作為圓周率的近似值,一個是22/7,叫“疏率” ,約等于3.142857;另一個是355/113,叫“密率”,約等于3.1415929。祖沖之對圓周率的計算,開創了一項世界紀錄,比歐洲早了一千多年。國際上為了紀念這位偉大的中國數學家,把3.1415926稱為“祖率”,并把月球上的一座環形山命名為“祖沖之山”。這是我們中華民族的驕傲。

  向往完美,向往精確是人類的天性。盡量把圓周率算得準確一點,一直成為人們的不懈追求。

  在古希臘,人們也是把圓周率取為3。后來也發現了疏率22/7,直到1573年,德國數學家奧托才發現了密率355/113,比祖沖之晚了1113年。

  在古埃及的紙草書(以草為紙寫的書)中,有一道計算圓形土地面積的題目,所用的方法是:圓的面積等于直徑減去直徑的1/9,然后再平方。如果我們假設半徑為1,直徑就是2,圓的面積就是2÷9×8再平方,約等于3.16,也就是說圓周率約等于3.16。(因為S=πr2,當r=1時,S=π。)

  1593年,荷蘭數學家羅梅,用割圓術把圓周率算到了小數點后15位,雖然打破了祖沖之的紀錄,但是已時隔1133年。

  1610年,德國數學家盧道夫,用割圓術使π值精確到小數點后第35位,幾乎耗費了他一生的大部分心血。

  隨著數學的發展,人們又陸續發明了另外一些計算圓周率的方法。

  1737年,經過瑞士大數學家歐拉的倡導,人們開始廣泛地使用希臘字母π表示圓周率。

  1761年,德國數學家蘭伯特證明了π是一個無限不循環小數。

  1873年,英國的向克斯用了20年的精力,把π值計算到小數點后707位。可惜后來有人用電腦證明,向克斯的計算結果,在小數點后第528位上發生了錯誤,以致后面的179位毫無意義。一個數字之差使向克斯白白耗費了十多年的精力!他的失誤警示人們,科學上容不得半點疏忽。這個教訓值得我們永遠記取。

  隨著電腦的不斷升級換代,π值的計算不斷向前推進,早在上個世紀80年代末,日本人金田正康已將π值算到了小數點后133554000位。當代,π值的計算已經成為評價電子計算機性能的指標之一。

  最后,還有兩件與圓周率有關的趣事不能不談。

  第一件:1777年,法國數學家布豐用他設計的,看似與圓周率毫無關系的“投針試驗”,求出圓周率的近似值是3.12。1901年意大利數學家拉茲瑞尼用“布豐投針試驗”求出圓周率的近似值是

  3.1415929。至于什么是“布豐投針試驗”,請看拙文“布豐投針試驗的故事”。

  第二件:用普通的電子計算器就能算出圓周率的高精度近似值。算式是:

  1.09999901×1.19999911×1.39999931×1.69999961≈3.141592573…

  這幾個小數很好記,如果不看小數點的話四個因數都是對稱的,中間是5個9,前面兩位分別是10、11、13、16,后面兩位分別是01、11、31、61。至于是什么道理,不清楚。據我猜測,很可能是某位有心人,殫精竭慮編出的一道趣味數學題。

  無獨有偶,下面這些由十個不同數字組成的算式,也可以算出圓周率的高度近似值。

  76591÷24380 95761÷30482 39480÷12567

  97468÷31025 37869÷12054 95147÷30286

  49270÷15683 83159÷26470 78960÷25134

  顯然,這些題目中的數字是湊出來的,滲透了創編者的良苦用心。

  在分享了上面這些算式帶給我們的驚喜和啟迪之余,不禁要對這兩位數學愛好者表示崇高的敬意!

  幾千年來,圓周率精確值不斷推進的過程,反映了人類崇高的科學精神,閃爍著人類智慧的光芒,同時也讓熱愛數學、甘愿為數學獻身的人們充分感受到數學的無比美妙,享受到數學給予他們的無限幸福。

  在相當長的一段歷史時期內,人們往往用圓周率的精確程度,作為衡量一個國家、一個民族數學發展水平的標志。我國古代數學一直處于世界領先的地位,作為炎黃子孫,我們一定要繼承祖先的光榮傳統。

  而作為小學數學教師,一定要教育我們的學生,學無止境,科學的發展也沒有止境,一座座科學高峰正等待著他們去攀登。劉徽、祖沖之、盧道夫……這些光輝的名字永遠是鼓舞全人類前進的榜樣。

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