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“家教史话”之一百三十七:《带头“爬山”》

 杏坛归客 2015-01-29

 

祖冲之的儿子祖暅(读“更”)之,也是著名的数学家、科学家。著作有《天文录》,已佚。

祖暅之,也称“祖暅”。“少传家业,究其精微,亦有巧思。”他精研历法和数学,修订其父祖冲之所修的《大明历》,于510年正式施用。他经过研究,曾发现北极星与北天极不动处相差约一度。他用立体几何中的一种方法,求得球体体积的准确公式。官至太府卿。525年在徐州为魏所俘,著名科学家、河间人信都芳从之学,后复还南朝。

 

《带领儿子攀登科学高峰》

 

祖暅之小时候,受家庭环境的熏陶,像少年时代的祖冲之一样,喜欢钻研一些科学知识,对父亲研究的圆周率问题也发生了浓厚的兴趣。平日里,他老是围着父亲问这问那,祖冲之看儿子求知欲望很强烈,从心底里感到高兴。儿子问这问那,他都是有问必答,从不厌烦。

有一天,祖冲之按照西汉科学家刘歆制造的标准器“律嘉斛量”,计算刘歆当时用的圆周率。他细心地一次又一次地计算着。当时,算出刘歆用的圆周率是31547时,已是满头大汗。他兴奋地站了起来,高兴地搓着双手,连声说道:

“不错,不错!”

祖暅之见父亲那个高兴劲儿,知道父亲又有了新的收获,也在一旁连蹦带跳地说:

“父亲算对,父亲算对了!”

祖冲之对儿子认真地说:

“不是说我不错。我是说刘歆不错,他真了不起!”

接着,祖冲之对儿子说:

“刘歆是四百年前,西汉时期的一位有名的大学问家。他不迷信古人。中国古代有一本著名的数学书叫《周髀算经》,里面有句‘径一周三’的话。意思是说,圆周是直径的三倍。若直径是一寸,圆周就是三寸,圆周率是3。刘歆打破了这个旧说,通过计算得出比它更精确的圆周率数值。”

祖冲之又借机向儿子介绍了东汉科学家张衡,和三国时期魏国的科学家刘徽求得的圆周率。他说,刘徽用“割圆术”的方法,一直算到圆内正96边形的边长,得出圆周率是3.14,这是最精确的圆周率。他告诉儿子说,要是在圆内做出正192边形,正384边形……,然后,再仔细计算,就会使圆周率愈来愈精确。他表示,要这样算下去。

祖冲之的父亲祖朔之思想比较保守,他反对儿子搞什么科学研究,也反对孙子搞科学研究。祖冲之为避免和父亲再发生冲突,便搬了家。他请人把书房里的木地板刨得十分平滑,准备在上面画个大圆,以便进行计算。

 

父子并肩登上科学顶峰

 

光阴似箭,一晃几年过去了。儿子祖暅之也差不多和父亲一样高了,掌握了不少的科学知识,能做父亲的帮手了。

有一天,祖冲之和儿子一起,开始了计算圆周率的工作。他们在书房的地板上,画了一个直径一丈的大圆,又在圆内做了一个正六边形。

祖冲之笑着问儿子:

“我先考考你,你说这个正6边形,每边有多长?”

祖暅之想了想说:

“每边和圆的半径一样长,是五尺。”

祖冲之满意地点了点头。然后,他又让儿子计算圆内正12边形的边长。他对儿子说:

“算起来是非常麻烦的。算到后来,每个数都是无穷的小数。为求得精确,必须尽可能的多算几位小数。这就很容易出差错,你试一试,可不要怕难啊!”

祖暅之认真仔细地运算着。儿子每算完一步,祖冲之就在一旁记下结果。灯里的油快熬干了,时间已经是半夜,才算出边长是0258819丈,正12边形的总边长是3.105828丈。祖暅之深深地透了一口气,他站了起来,满怀喜悦地对父亲说:

“可算出来了!”

祖冲之看儿子越来越有出息,自然很高兴。但他深深懂得,以后的路更长更艰巨。他严肃地对儿子说:

“这仅仅是开始,就好比爬山,这最初的一段路还算平坦,给你爬上去了。以后还有一个比一个更险峻的高峰等待着我们呢!你要有思想准备。希望你爬山不止,不能泄气啊!”

祖冲之和儿子一起,一天一天废寝忘食地不停地计算,一直计算出正12288边形的每边长为0.00025566丈,总长为3.14159261丈。再要在这圆里做出正24567边形来,已经和圆周几乎紧贴在一起了。儿子看实在没有办法再画了,便对父亲说:

“父亲,已经没有办法再画了,你看怎么办呢?”

祖冲之深思了一会儿,告诉儿子说:

“从理论上讲,如此把圆周分割下去,是没有办法穷尽的。但是,事实上我们现在不能再继续分割下去了,只能暂且到此为止。”

于是,祖冲之提笔记录下他和儿子计算的圆周率:如直径为1,圆周大于3.1415926,小于3.1415927

在公元五世纪,精确地计算出圆周率达到小数点以后第七位的人,全世界只有祖冲之父子。

祖冲之对儿子不仅言传,而且身教。在努力攀登科学高峰的征途上,他要求儿子做到的,自己首先做到,要求儿子“爬山”,他首先带头“爬山”,时时事事给儿子做出榜样。

 

既出成果又出人才双丰收

 

500年祖冲之七十二岁了。辛勤劳累,使他体弱多病。临终前,他把儿子唤到床前,叮嘱儿子要继承自己未竟的事业,把他的算术著作编辑成书,使他制订的《大明历》得到施行。

祖暅之没有忘记父亲的遗愿,把父亲的数学著作收集起来,编成六卷,书名叫《缀术》。经过祖暅之三次上书,510年梁武帝下令采用《大明历》。

祖冲之在数学方面的成就,引起后人的高度重视。他的《缀术》一书成为我国古代高等学府的教材。

在唐代国子监曾设有算学馆,置博士、助教,指导学生学习数学,规定《周髀算经》、《九章算术》、《孙子算经》、《五曹算经》、《夏侯阳算经》、《张丘建算经》、《海岛算经》、《五经算术》、《缉古算经》和祖冲之的《缀术》等十部算书为课本。后世称之为“算经十书”。

祖冲之在天文学方面的成就主要体现在他所制订的《大明历》中。

《大明历》成历于宋代大明六年(462年)。规定一回归年长度为365.2428日,是我国宋代《统天历》(1199年)以前最符合实际的一个数据。《大明历》首先在制历时考虑岁差(4511月差1°),这是我国历法史上的第二次大改革;他还改进闰法,把旧历中采用的197闰改为391144闰,使之更符合天象的实际;在我国首次求出历法中通常称为“交点月”的日数为27.21223日,与近代测得交点月的日数27.21222极为近似。《大明历》在祖冲之死后十年得以实施,达八十年。

祖冲之在科学研究的实践中,不仅取得了丰硕的科学研究成果,也培养了自己的儿子,真是既出了成果,又出了人材,一举两得。

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