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祖冲之铜像:手持竹简的坐姿铜像
祖冲之铜像(坐姿,手持竹简) · 作者:三猎(2016) · 图片:Wikimedia Commons,CC BY-SA 4.0
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祖冲之

数学家 · 天文学家 · 《大明历》作者

祖冲之将圆周率精确到小数点后七位——介于 3.1415926 与 3.1415927 之间,并给出约率 22/7 与密率 355/113;他编成《大明历》,首次把岁差引入历法,还重造指南车、制造水碓磨与千里船,是中国古代以计算见长的科学家。

生卒429年—500年
籍贯范阳遒县(生于建康)
身份数学家 · 天文学家
代表作《大明历》 · 圆周率七位

生卒 429—500 为通行说法(《南齐书》载其卒年七十二);生于建康为通行说法,祖籍范阳遒县(今河北涞水),籍贯不等于出生地。

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祖冲之纪念馆

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把圆推向极致的人

祖冲之(429—500),字文远,南朝宋齐之际的数学家、天文学家。祖家世代研习天文历法,他自幼接触数术,青年时便以博学多才闻名,宋孝武帝闻而召入华林学省做研究。

他在刘徽割圆术的基础上,把圆周率界定在 3.1415926 与 3.1415927 之间,精确到小数点后七位;同时给出约率 22/7 与密率 355/113,密率后世称为“祖率”。宋大明六年(462年)他编成《大明历》,首次把岁差引入历法,创 391 年置 144 闰的新闰周。他还重造指南车,制造水碓磨、千里船等机械,《南齐书》称其“专功数术,搜炼古今”。

祖冲之的计算精度在当时可比的文明范围内无人能及:圆周率七位的纪录保持了约九百年;《大明历》虽生前未被采用,却为后世历法奠定了基础。

从建康到《大明历》

429年

祖冲之 出生

生于建康(今南京),《南齐书》称其“范阳遒人也”,祖籍范阳遒县(今河北涞水)。生于建康为通行说法,籍贯不等于出生地。 通行说法

约460年

任南徐州从事、公府参军

宋孝武帝时直华林学省,此后任南徐州从事、公府参军。 正史

462年

上《大明历》,与戴法兴辩论

宋大明六年编成《大明历》:首次引入岁差,391 年置 144 闰。太史令戴法兴以“古历未闻此说”反对,祖冲之作《驳议》反驳,留下“愿闻显据,以窍理实;浮词虚贬,窃非所惧”之语。新历生前未被采用。 正史

约464年

调任娄县令

调至娄县(今江苏昆山东北一带)任县令,在此期间继续推算历法、演算圆周率。 通行说法

约480年

圆周率精确到小数点后七位

在刘徽割圆术基础上,将圆周率界定在 3.1415926 与 3.1415927 之间;提出约率 22/7、密率 355/113。《隋书·律历志》引其原文:“以直径一亿为一丈,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。” 正史

500年

祖冲之 去世

《南齐书》载“永元二年,冲之卒,年七十二”。 正史

圆周率、《大明历》与机械

圆周率:盈朒二限与约率密率

祖冲之给出圆周率真值介于盈数 3.1415927 与朒数 3.1415926 之间,精确到小数点后七位。同时提出约率 22/7、密率 355/113——密率在分母小于 16600 的所有分数中最接近圆周率。注意:“祖率”是后世对密率的纪念性命名,并非祖冲之本人的用语。

《大明历》:首次把岁差引入历法

《大明历》测得岁差为 45 年 11 个月差一度;定一回归年为 365.24281481 日;采用 391 年置 144 闰的新闰周;定交点月为 27.21223 日,曾准确推算 436—459 年间 23 年内的 4 次月食。岁差入历是中国历法史上的重大进步。该历生前未被采用,梁天监九年(510年)由其子祖暅之奏请颁行。

《缀术》:深奥到“学官莫能究”

与子祖暅之合著的数学著作,《隋书·律历志》评其“学官莫能究其深奥,是故废而不理”。唐代列为国子监算学课本,学习需四年;曾传至朝鲜、日本,北宋时佚失,今仅存零星引文。

球体积与“祖暅原理”

祖冲之父子用“幂势既同,则积不容异”(等高处截面积相等的两立体体积相等)求出“牟合方盖”体积,进而得出球体积为 πd³/6(d 为直径)。该原理在欧洲由 17 世纪意大利数学家卡瓦列里重新发现,故亦称卡瓦列里原理。 李淳风注引

机械制造:指南车、水碓磨、千里船

据《南齐书·祖冲之传》,他重造了失传的指南车(“转而不迷”,铜人常指南方);造水碓磨,利用水力舂米磨面;造“千里船”,明轮船,在新亭江试航日行百余里。另有《安边论》论军事,已佚。

“专功数术,搜炼古今”

出自《南齐书·祖冲之传》:概括其学风——专注数术,搜集、锤炼古今之说。这是他能以惊人计算量完成圆周率与历法推算的根基。

九百年的精度纪录与身后之名

祖冲之的圆周率纪录保持了约九百年,直到 15 世纪前期(通常系于 1424 年)才由中亚数学家阿尔·卡西以更高精度(十进制第 16 位)超越;1427 年之说亦并存,见下文争议栏。密率 355/113 欧洲直到 1586 年才由荷兰数学家重新求出,三上义夫据此提议称之为“祖率”。

天文历法上,岁差入历与 391 年 144 闰的新闰周影响深远:从《大明历》到郭守敬《授时历》、再到徐光启参与编修的《崇祯历书》,中国历法的精度传统一脉相承。机械方面,他与东汉张衡一样,是天文与机械兼擅的代表:一个制浑天仪、候风地动仪,一个重造指南车、造千里船。

身后纪念(只写可验证的):月球背面的“祖冲之环形山”,1961 年被国际天文联合会(IAU)正式接受命名,为第一个以中国人名命名的月球地貌;小行星 1888(1888 Zu Chong-Zhi),1964 年 11 月 9 日由南京紫金山天文台发现并命名。

争议与待考:① 阿尔·卡西超越其精度的年份,1424 年说与 1427 年说并存,本页取 1424 年为主说;② 出生地建康为通行说法,祖籍范阳遒县,二者不可混同;③ 《缀术》原书已佚,具体内容仅存零星引文;④ “世界第一”类表述本页一律限定为“在可查证的东西方史料比较范围内、当时的最精确”,不作无依据的绝对化断言。

资料来源

  1. 萧子显《南齐书·祖冲之传》(A:生平、籍贯、机械、《安边论》)
  2. 沈约《宋书·律历志》(A:《大明历》之辩经过)
  3. 魏徵等《隋书·律历志》(A:圆周率原文、《缀术》“学官莫能究其深奥”)
  4. 李淳风《九章算术注》(B:祖冲之父子求球体积方法,佚文辑引)
  5. 中国科学院紫金山天文台“月球上的中国人名”(2010)(B:祖冲之环形山命名)
  6. 维基百科“祖冲之”条(线索级参考:1424/1427 年份争议、生卒梳理,不直接作为事实依据)

本页依据《南齐书》《宋书·律历志》《隋书·律历志》正史原文整理;圆周率数字、约率密率、《大明历》闰周与岁差均据正史;“祖率”命名辨伪与阿尔·卡西年份争议已在“影响与争议”中注明。百科条目仅作争议梳理的线索。