人物簡(jiǎn)介

祖沖之（公元429年─公元500年）是我國(guó)杰出的數(shù)學(xué)家，科學(xué)家。南北朝時(shí)期人，漢族人，字文遠(yuǎn)。祖沖之從小接受家傳的科學(xué)知識(shí)。青年時(shí)進(jìn)入華林學(xué)省，從事學(xué)術(shù)活動(dòng)。一生先后任過(guò)南徐州（今鎮(zhèn)江市）從事史、公府參軍、婁縣（今昆山市東北）令、謁者仆射、長(zhǎng)水校尉等官職。其主要貢獻(xiàn)在數(shù)學(xué)、天文歷法和機(jī)械三方面，首次將“圓周率”精算到小數(shù)第七位，即在3.1415926和3.1415927之間，他提出的“祖率”對(duì)數(shù)學(xué)的研究有重大貢獻(xiàn)。直到16世紀(jì)，阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)家阿爾·卡西才打破了這一紀(jì)錄。祖沖之其主要著作有《安邊論》、《綴術(shù)》、《述異記》、《歷議》等。

主要經(jīng)歷

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(yáng)郡遒縣（今河北淶水縣）。西晉末期，北方發(fā)生大規(guī)模戰(zhàn)亂，祖沖之的先輩從河北遷徙到江南，并在江南定居下來(lái)。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(qǐng)”，學(xué)識(shí)淵博，常被邀請(qǐng)參加皇室的典禮、宴會(huì)。

祖沖之從小就受到很好的家庭教育。爺爺給他講“斗轉(zhuǎn)星移”，父親領(lǐng)他讀經(jīng)書(shū)典籍，家庭的熏陶，耳濡目染，加之自己的勤奮，使他對(duì)自然科學(xué)和文學(xué)、哲學(xué)，特別是天文學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，在青年時(shí)代就有了博學(xué)的名聲。

早年經(jīng)歷

祖沖之曾在著作中自述說(shuō)，從很小的時(shí)候起便“專攻數(shù)術(shù)，搜爍古今”。他把從上古時(shí)起直至他生活的時(shí)代止的各種文獻(xiàn)、記錄、資料，幾乎全都搜羅來(lái)進(jìn)行考察。同時(shí)，主張決不“虛推古人”，決不把自己束縛在古人陳腐的錯(cuò)誤結(jié)論之中，并且親自進(jìn)行精密的測(cè)量和仔細(xì)的推算。像他自己所說(shuō)的那樣，每每“親量圭尺，躬察儀漏，目盡毫厘，心窮籌策”。

由于祖沖之博學(xué)多才的名聲，被南朝宋孝武帝派至當(dāng)時(shí)朝廷的學(xué)術(shù)研究機(jī)關(guān)華林學(xué)省做研究工作，后來(lái)又到總明觀任職。當(dāng)時(shí)的總明觀是全國(guó)最高的科研學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，相當(dāng)于現(xiàn)在的中國(guó)科學(xué)院?？偯饔^內(nèi)分設(shè)文、史、儒、道、陰陽(yáng)5門(mén)學(xué)科，實(shí)行分科教授制度，請(qǐng)來(lái)各地有名望的學(xué)者任教，祖沖之就是其一。在這里，祖沖之接觸了大量國(guó)家藏書(shū)，包括天文、歷法、術(shù)算方面的書(shū)籍，具備了借鑒與拓展的先決條件。

潛心科學(xué)

461年（南朝宋大明五年），祖沖之擔(dān)任南徐州（今江蘇鎮(zhèn)江）刺史府里的從事，先后任南徐州從事吏、公府參軍。祖沖之在這一段期間，雖然生活很不安定，但是仍然繼續(xù)堅(jiān)持學(xué)術(shù)研究，并且取得了很大的成就。

462年（南朝宋大明六年），祖沖之把精心編成的《大明歷》送給宋孝武帝請(qǐng)求公布實(shí)行，宋孝武帝命令懂得歷法的官員對(duì)這部歷法的優(yōu)劣進(jìn)行討論，最終，宋孝武帝決定在大明九年（465年）改行新歷。

464年（南朝宋大明六年），祖沖之被調(diào)到婁縣（今江蘇昆山縣東北）作縣令。之后又到建康（今江蘇南京），擔(dān)任謁者仆射的官職。從這時(shí)起，一直到南朝齊初年，他花了較大的精力來(lái)研究機(jī)械制造，重造出了用銅制機(jī)件傳動(dòng)的指南車(chē)，發(fā)明了一天能走百里的“千里船”和“木牛流馬”、水碓磨（利用水力加工糧食的工具），還設(shè)計(jì)制造過(guò)漏壺（古代計(jì)時(shí)器）和巧妙的欹器。

晚年生活

祖沖之的晚年，正值南齊后期，統(tǒng)治階級(jí)內(nèi)部矛盾尖銳，政治黑暗，社會(huì)動(dòng)蕩不安。在這種情況下，祖沖之的研究方向有了很大的變化。他著重研究文學(xué)和社會(huì)科學(xué)，同時(shí)也比較關(guān)心政治。

494年（南朝齊隆昌元年）到498年（南朝齊建武五年）之間，他擔(dān)任長(zhǎng)水校尉的官職。當(dāng)時(shí)他寫(xiě)了一篇《安邊論》，建議政府開(kāi)墾荒地，發(fā)展農(nóng)業(yè)，增強(qiáng)國(guó)力，安定民生，鞏固國(guó)防。齊明帝看到后想令他“巡行四方，興造大業(yè)，可以利百姓者”，后因南齊的統(tǒng)治已經(jīng)無(wú)法再維持下去。國(guó)家政權(quán)搖搖欲墜，再加上南北朝之間的連年戰(zhàn)爭(zhēng)，祖沖之良好的政治主張無(wú)法在國(guó)家內(nèi)部施行，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)了。

500年（南朝齊永元二年），這位卓越的大科學(xué)家去世，享年七十二歲。他的天文歷法心血之作《大明歷》在510年（梁武帝天監(jiān)九年）才以《甲子元?dú)v》之名頒行。

主要作品

祖沖之生平著作很多，內(nèi)容也是多方面的。在數(shù)學(xué)方面，所著《綴術(shù)》一書(shū)，是著名的“算經(jīng)十書(shū)”之一，被唐代國(guó)子監(jiān)列為算學(xué)課本，規(guī)定學(xué)習(xí)四年，惜已失傳。在天文歷法方面，他編制成《大明歷》，并為大明歷寫(xiě)了“駁議”。在古代典籍的注釋方面，祖沖之有《易義》、《老子義》、《莊子義》、《釋論語(yǔ)》、《釋孝經(jīng)》等著作，但亦皆失傳。文學(xué)作品方面他著有《述異記》，在《太平御覽》等書(shū)中可以看到這部著作的片斷。

《綴術(shù)》一書(shū)，匯集了祖沖之父子的數(shù)學(xué)研究成果。這本書(shū)內(nèi)容深?yuàn)W，以至“學(xué)官莫能究其深?yuàn)W，故廢而不理”?！毒Y術(shù)》在唐代被收入《算經(jīng)十書(shū)》，成為唐代國(guó)子監(jiān)算學(xué)課本，當(dāng)時(shí)學(xué)習(xí)《綴術(shù)》需要四年的時(shí)間，可見(jiàn)《綴術(shù)》的艱深?！毒Y術(shù)》曾經(jīng)傳至朝鮮，但到北宋時(shí)這部書(shū)就已軼失。

祖沖之的成就

數(shù)學(xué)成就

數(shù)學(xué)史上的創(chuàng)舉——“祖率”

祖沖之算出圓周率（π）的真值在3.1415926和3.1415927之間，相當(dāng)于精確到小數(shù)第7位，簡(jiǎn)化成3.1415926，祖沖之因此入選世界紀(jì)錄協(xié)會(huì)世界第一位將圓周率值計(jì)算到小數(shù)第7位的科學(xué)家。祖沖之還給出圓周率(π)的兩個(gè)分?jǐn)?shù)形式：22/7（約率）和355/113（密率），其中密率精確到小數(shù)第7位。祖沖之對(duì)圓周率數(shù)值的精確推算值，對(duì)于中國(guó)乃至世界是一個(gè)重大貢獻(xiàn)，后人將“約率”用他的名字命名為“祖沖之圓周率”，簡(jiǎn)稱“祖率”。

圓周率的應(yīng)用很廣泛，尤其是在天文、歷法方面，凡牽涉到圓的一切問(wèn)題，都要使用圓周率來(lái)推算。如何正確地推求圓周率的數(shù)值，是世界數(shù)學(xué)史上的一個(gè)重要課題。中國(guó)古代數(shù)學(xué)家們對(duì)這個(gè)問(wèn)題十分重視，研究也很早。在《周髀算經(jīng)》和《九章算術(shù)》中就提出徑一周三的古率，定圓周率為三，即圓周長(zhǎng)是直徑長(zhǎng)的三倍。此后，經(jīng)過(guò)歷代數(shù)學(xué)家的相繼探索，推算出的圓周率數(shù)值日益精確。

祖沖之在圓周率方面的研究，有著積極的現(xiàn)實(shí)意義，他的研究適應(yīng)了當(dāng)時(shí)生產(chǎn)實(shí)踐的需要。他親自研究度量衡，并用最新的圓周率成果修正古代的量器容積的計(jì)算。古代有一種量器叫做“釜”，一般的是一尺深，外形呈圓柱狀，祖沖之利用他的圓周率研究，求出了精確的數(shù)值。他還重新計(jì)算了漢朝劉歆所造的“律嘉量”，利用“祖率”校正了數(shù)值。以后，人們制造量器時(shí)就采用了祖沖之的“祖率”數(shù)值。

數(shù)學(xué)杰作《綴術(shù)》

祖沖之寫(xiě)過(guò)《綴術(shù)》五卷，被收入著名的《算經(jīng)十書(shū)》中。《隋書(shū)》評(píng)論“學(xué)官莫能究其深?yuàn)W，故廢而不理”，認(rèn)為《綴術(shù)》理論十分深?yuàn)W，計(jì)算相當(dāng)精密，學(xué)問(wèn)很高的學(xué)者也不易理解它的內(nèi)容，在當(dāng)時(shí)是數(shù)學(xué)理論書(shū)籍中最難的一本。

在《綴術(shù)》中，祖沖之提出了“開(kāi)差冪”和“開(kāi)差立”的問(wèn)題?！安顑纭币辉~在劉徽為《九章算術(shù)》所作的注中就有了，指的是面積之差?！伴_(kāi)差冪”即是已知長(zhǎng)方形的面積和長(zhǎng)寬的差，用開(kāi)平方的方法求它的長(zhǎng)和寬，它的具體解法已經(jīng)是用二次代數(shù)方程求解正根的問(wèn)題。而“開(kāi)差立”就是已知長(zhǎng)方體的體積和長(zhǎng)、寬、高的差，用開(kāi)立方的辦法來(lái)求它的邊長(zhǎng)；同時(shí)也包括已知圓柱體、球體的體積來(lái)求它們的直徑的問(wèn)題。所用到的計(jì)算方法已是用三次方程求解正根的問(wèn)題了，三次方程的解法以前沒(méi)有過(guò)，祖沖之的解法是一項(xiàng)創(chuàng)舉。

《綴術(shù)》還曾流傳至朝鮮和日本，在朝鮮、日本古代教育制度、書(shū)目等資料中，都曾提到《綴術(shù)》。

歷法成就

改革閏法

在古代，中國(guó)歷法家一向把十九年定為計(jì)算閏年的單位，稱為“一章”，在每一章里有七個(gè)閏年。也就是說(shuō)，在十九個(gè)年頭中，要有七個(gè)年頭是十三個(gè)月，這種閏法一直采用了一千多年。412年，北涼趙厞創(chuàng)作《元始?xì)v》，才打破了歲章的限制，規(guī)定在六百年中間插入二百二十一個(gè)閏月。

祖沖之吸取了趙厞的理論，加上他自己的觀察，認(rèn)為十九年七閏的閏數(shù)過(guò)多，每二百年就要差一天，而趙厞六百年二百二十一閏也不十分準(zhǔn)確。因此，祖沖之提出了391年144閏月的新閏法。

祖沖之的閏周精密程度極高，按照他的推算，一個(gè)回歸年的長(zhǎng)度為365.2428141日，與今天的推算值僅相差46秒。一直到南宋的《統(tǒng)天歷》，才采用了比這更精確的數(shù)據(jù)。

應(yīng)用“歲差”

根據(jù)物理學(xué)原理，剛體在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，假如絲毫不受外力的影響，旋轉(zhuǎn)的方向和速度應(yīng)該是一致的；如果受了外力影響，它的旋轉(zhuǎn)速度就要發(fā)生周期性的變化。地球就是一個(gè)表面凹凸不平、形狀不規(guī)則的剛體，在運(yùn)行時(shí)常受其他星球吸引力的影響，因而旋轉(zhuǎn)的速度總要發(fā)生一些周期性的變化，不可能是絕對(duì)均勻一致的。因此，每年太陽(yáng)運(yùn)行一周（實(shí)際上是地球繞太陽(yáng)運(yùn)行一周），不可能完全回到上一年的冬至點(diǎn)上，總要相差一個(gè)微小距離。按現(xiàn)代天文學(xué)家的精確計(jì)算，大約每年相差50.2秒，每七十一年八個(gè)月向后移一度。這種現(xiàn)象叫做歲差。

隨著天文學(xué)的逐漸發(fā)展，中國(guó)古代科學(xué)家們漸漸發(fā)現(xiàn)了歲差的現(xiàn)象。西漢的鄧平、東漢的劉歆、賈逵等人都曾觀測(cè)出冬至點(diǎn)后移的現(xiàn)象，不過(guò)他們都還沒(méi)有明確地指出歲差的存在。到東晉初年，天文學(xué)家虞喜才開(kāi)始肯定歲差現(xiàn)象的存在，并且首先主張?jiān)跉v法中引入歲差。他給歲差提出了第一個(gè)數(shù)據(jù)，算出冬至日每五十年退后一度。后來(lái)到南朝宋的初年，何承天認(rèn)為歲差每一百年差一度，但是他在他所制定的《元嘉歷》中并沒(méi)有應(yīng)用歲差。祖沖之繼承了前人的科學(xué)研究成果，不但證實(shí)了歲差現(xiàn)象的存在，算出歲差是每四十五年十一個(gè)月后退一度，而且在他制作的《大明歷》中應(yīng)用了歲差。

首次提出“交點(diǎn)月”的計(jì)算

祖沖之在我國(guó)天文學(xué)史上第一次提出，月亮相繼兩次通過(guò)黃道、白道的同一交點(diǎn)的時(shí)間（即“交點(diǎn)月”）長(zhǎng)度為27．2123日，與現(xiàn)今推算值僅相差十萬(wàn)分之一日，即不到1秒，由于日食、月食（統(tǒng)稱交食），都發(fā)生在黃白交點(diǎn)附近，所以祖沖之的交點(diǎn)月長(zhǎng)度對(duì)于日月食預(yù)報(bào)具有十分重要的意義。

推算出交點(diǎn)月的日數(shù)以后，就更能準(zhǔn)確地推算出日蝕或月蝕發(fā)生的時(shí)間。祖沖之在他制訂的《大明歷》中，應(yīng)用交點(diǎn)月推算出來(lái)的日、月蝕時(shí)間比過(guò)去準(zhǔn)確，和實(shí)際出現(xiàn)日、月蝕的時(shí)間都很接近。

編撰《大明歷》

經(jīng)過(guò)實(shí)際觀測(cè)，祖沖之發(fā)現(xiàn)何承天所編的當(dāng)時(shí)正在執(zhí)行的《元嘉歷》有許多錯(cuò)誤，如日月方位距實(shí)測(cè)值已相差3度，冬至、夏至已差了1天，五星的出沒(méi)已差40余天，于是他著手編撰《大明歷》。

祖沖之在《大明歷》的編纂中，區(qū)分了回歸年和恒星年，最早將歲差引進(jìn)歷法，提出了用圭表測(cè)量正午太陽(yáng)影長(zhǎng)以定冬至?xí)r刻的方法，并采用了391年加144個(gè)閏月的新閏周，推算出一個(gè)回歸年為365.24281481日。一直到南宋的《統(tǒng)天歷》，才采用了比這更精確的數(shù)據(jù)。

天文成就

祖沖之對(duì)木、水、火、金、土等五大行星在天空運(yùn)行的軌道和運(yùn)行一周所需的時(shí)間，也進(jìn)行了觀測(cè)和推算，給出了更精確的五星會(huì)合周期。中國(guó)古代科學(xué)家算出木星（古代稱為歲星）每十二年運(yùn)轉(zhuǎn)一周。西漢劉歆作《三統(tǒng)歷》時(shí)，發(fā)現(xiàn)木星運(yùn)轉(zhuǎn)一周不足十二年。

祖沖之進(jìn)行了重新測(cè)量，得出木星每84年超辰一次的結(jié)論，即定木星公轉(zhuǎn)周期為11.858年（今測(cè)為11.862年）。并得出更精確多五星會(huì)合周期，木星398.903日（誤差0.019日），火星780.031日（誤差0.094日），土星378.070日（誤差0.022日），金星583.931日（誤差0.009日），水星115.880日（誤差0.002日）。

機(jī)械制造

祖沖之設(shè)計(jì)制造過(guò)水碓磨、銅制機(jī)件傳動(dòng)的指南車(chē)、千里船、定時(shí)器等。在中國(guó)古代指南車(chē)的名稱由來(lái)已久，但其機(jī)制構(gòu)造則未見(jiàn)流傳。三國(guó)時(shí)代的馬鈞曾造指南車(chē)，至?xí)x再次亡失。東晉末年劉裕攻長(zhǎng)安，得后秦統(tǒng)治者許多器物，其中也有指南車(chē)，但“機(jī)數(shù)不精，雖曰指南，多不審正，回曲步驟，猶須人功正之”。南朝宋昇明年間(477-479年)蕭道成輔政，“使沖之追修古法。沖之改造銅機(jī)，圓轉(zhuǎn)不窮而司方如一，馬鈞以來(lái)未有也?！弊鏇_之所制指南車(chē)的內(nèi)部機(jī)件全是銅的，它的構(gòu)造精巧，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，無(wú)論怎樣轉(zhuǎn)彎，木人的手常常指向南方。

祖沖之改良了水碓磨。在西晉初年，杜預(yù)改進(jìn)發(fā)明了“連機(jī)碓”和“水轉(zhuǎn)連磨”。一個(gè)連機(jī)碓能帶動(dòng)好幾個(gè)石杵一起一落地舂米；一個(gè)水轉(zhuǎn)連磨能帶動(dòng)八個(gè)磨同時(shí)磨粉。祖沖之又在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)一步加以改進(jìn)，把水碓和水磨結(jié)合起來(lái)，生產(chǎn)效率就更加提高了。這種加工工具，中國(guó)南方有些農(nóng)村還在使用著。

祖沖之還設(shè)計(jì)制造過(guò)一種千里船，史載“又造千里船，于新亭江試之，日行百余里”。它可能是利用輪子激水前進(jìn)的原理造成的，一天能行一百多里。

祖沖之曾制造過(guò)“欹器”。這種器具用來(lái)盛水“中則正，滿則覆”，古人常放置在身邊以自警，“晉時(shí)杜預(yù)有巧思，造欹器三改不成”。南齊永明年間竟陵文宣王蕭子良“好古，沖之造欹器獻(xiàn)之”。

其他成就

祖沖之的成就不僅限于自然科學(xué)方面，他還精通樂(lè)理．對(duì)于音律很有研究。祖沖之又著有《易義》《老子義》《莊子義》《釋論語(yǔ)》等關(guān)于哲學(xué)的書(shū)籍，都已經(jīng)失傳了。文學(xué)作品方面他著有《述異記》，在《太平御覽》等書(shū)中可以看到這部著作的片斷。

人物評(píng)價(jià)

華羅庚（《從祖沖之的圓周率談起》）：“祖沖之不僅是一位數(shù)學(xué)家，同時(shí)還通曉天文歷法、機(jī)械制造、音樂(lè)，并且還是一位文學(xué)家。祖沖之制訂的《大明歷》，改革了歷法，他將圓周率算到了小數(shù)點(diǎn)后七位，是當(dāng)時(shí)世界最精確的圓周率數(shù)值，而他創(chuàng)造的“密率”聞名于世?！?/p>

《南史》：沖之解鐘律博塞，當(dāng)時(shí)獨(dú)絕，莫能對(duì)者。

人民網(wǎng)：祖沖之父子的數(shù)學(xué)研究成就匯集于他的數(shù)學(xué)專著《綴術(shù)》中。這本書(shū)極其高深，以至于“學(xué)官莫能究其深?yuàn)W，故廢而不理”。在唐朝官學(xué)中，《綴術(shù)》也被列為必讀的十部算經(jīng)之一，且需學(xué)習(xí)4年，年限為各經(jīng)之首。后來(lái)，《綴術(shù)》傳至朝鮮，但10世紀(jì)以后，《綴術(shù)》漸漸在各國(guó)失傳了。盡管今天已無(wú)從知道《綴術(shù)》的具體內(nèi)容，但從該書(shū)在唐代官學(xué)中的學(xué)習(xí)年限及史書(shū)中相關(guān)的零星記載，我們?nèi)钥梢韵胍?jiàn)其學(xué)術(shù)價(jià)值。

軼事典故

歷法之爭(zhēng)

462年（南朝宋大明六年），祖沖之把精心編成的《大明歷》送給宋孝武帝請(qǐng)求公布實(shí)行。宋孝武帝命令懂得歷法的官員對(duì)這部歷法的優(yōu)劣進(jìn)行討論。在討論過(guò)程中，祖沖之遭到了以戴法興為代表的反對(duì)，祖沖之著《歷議》一文予以駁斥。在“歷議”中，他寫(xiě)下了兩句名言：“愿聞顯據(jù)，以核理實(shí)”，“浮辭虛貶，竊非所懼”。為了明辨是非，他愿意彼此拿出明顯的證據(jù)來(lái)相互討論，至于那些捕風(fēng)捉影無(wú)根據(jù)的貶斥，他絲毫也不懼怕。戴法興認(rèn)為，歷法中的傳統(tǒng)持續(xù)下來(lái)的方法是“古人制章”、“萬(wàn)世不易”的；他責(zé)罵祖沖之是什么“誣天背經(jīng)”，認(rèn)為天文和歷法是“非凡夫所測(cè)”、“非沖之淺慮，妄可穿鑿”的。祖沖之卻大不以為然。他反駁說(shuō)，不應(yīng)該“信古而疑今”，假如“古法雖疏，永當(dāng)循用”，那還成什么道理！日月五星的運(yùn)行“非出神怪，有形可檢，有數(shù)可推”，只要進(jìn)行精密的觀測(cè)和研究，孟子所說(shuō)的“千歲之日至可坐而致也”，是完全可以做得到的。

刻苦求精

祖沖之那個(gè)時(shí)代，算盤(pán)還未出現(xiàn)，人們普遍使用的計(jì)算工具叫算籌，它是一根根幾寸長(zhǎng)的方形或扁形的小棍子，有竹、木、鐵、玉等各種材料制成。通過(guò)對(duì)算籌的不同擺法，來(lái)表示各種數(shù)目，叫做籌算法。如果計(jì)算數(shù)字的位數(shù)越多，所需要擺放的面積就越大。用算籌來(lái)計(jì)算不像用筆，筆算可以留在紙上，而籌算每計(jì)算完一次就得重新擺動(dòng)以進(jìn)行新的計(jì)算；只能用筆記下計(jì)算結(jié)果，而無(wú)法得到較為直觀的圖形與算式。因此只要一有差錯(cuò)，比如算籌被碰偏了或者計(jì)算中出現(xiàn)了錯(cuò)誤，就只能從頭開(kāi)始。祖沖之為求得圓周率的精準(zhǔn)數(shù)值，就需要對(duì)九位有效數(shù)字的小數(shù)進(jìn)行加、減、乘、除和開(kāi)方運(yùn)算等十多個(gè)步驟的計(jì)算，而每個(gè)步驟都要反復(fù)進(jìn)行十幾次，開(kāi)方運(yùn)算有50次，最后計(jì)算出的數(shù)字達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后十六、七位。