圆的周长与直径之比是一个常数,人们称之为圆周率.通常用希腊字母π来表示.1706年,英国人琼斯首创用π代表圆周率.他的符号并未立刻被采用,以后,欧拉予以提倡,才渐渐推广开来.现在π已成为圆周率的专用符号,π的研究,在一定程度上反映这个地区或时代的数学水平,它的历史是饶有趣味的.

圆周率

1600年,英国威廉·奥托兰特首先用π表示圆周率,因为π是希腊之“圆周”的第一个字母,而δ是“直径”的第一个字母,当δ=1时,圆周率为π1706年英国的琼斯首先使用π1737年欧拉在其著作中使用π.后来被数学家广泛接受,一直沿用至今.

英国的琼斯

π是一个非常重要的常数.一位德国数学家评论道:“历史上一个国家所算得的圆周率的准确程度,可以做为衡量这个国家当时数学发展水平的重要标志.”古今中外很多数学家都孜孜不倦地寻求过π值的计算方法.

在古代,实际上长期使用π=3这个数值,巴比伦、印度、中国都是如此.到公元前2世纪,中国的《周髀算经》里已有“周三径一”的记载.东汉的数学家又将π值改为3.16.直正使圆周率计算建立在科学的基础上,首先应归功于阿基米德.他专门写了一篇论文《圆的度量》,用几何方法证明了圆周率与圆直径之比小于22/7而大于223/71.这是第一次在科学中创用上、下界来确定近似值.第一次用正确方法计算π值的,是魏晋时期的刘徽,在公元263年,他首创了用圆的内接正多边形的面积来逼近圆面积的方法,算得π值为3.14.我国称这种方法为割圆术.直到1200年后,西方人才找到了类似的方法.后人为纪念刘徽的贡献,将3.14称为徽率.

欧拉

公元460年,南朝的祖冲之利用刘徽的割圆术,把π值算到小点后第七位3.1415926,这个具有七位小数的圆周率在当时是世界首次.祖冲之还找到了两个分数:22/7355/113,用分数来代替π,极大地简化了计算,这种思想比西方也早一千多年.可惜,祖冲之的计算方法后来失传了.人们推测他用了刘徽的割圆术,但究竟用什么方法,还是一个谜.

祖冲之

祖冲之出生在一个世代对天文历法都有所研究的家庭,受环境熏陶他自幼就对数学和天文学有着非常浓厚的兴趣.《宋书·律历志》中,祖冲之有这样的自述:臣少锐愚,尚专攻数术,搜练古今,博采沈奥.后将夏典,莫不摸量,周正汉朔,咸加该验……此臣以俯信偏识,不虚推古人者也……”.由此可见,祖冲之从小时起便搜集、阅读了前人的大量数学文献,并对这些资料进行了深入系统的研究,坚持对每步计算都做亲身的考核验证,不被前人的成就所束缚,纠正其错误同时加之自己的理解与创造,使得他在以下三方面对我国古代数学有着巨大的推动:

  一是圆周率的计算.他算得3.1415926π3.1415927且取为密率.π的取值范围及密率的计算都领先国外千余年.

  二是球体积的计算.祖冲之与他的儿子祖恒一起找到了球体积的计算公式.这其中所用到的祖恒原理幂势既同则积不容异,即等高处横截面积都相等的两个几何体的体积必相等.直到一千一百年后,意大利数学家卡瓦利里(B.Cavalieri)才提出与之有相仿意义的公理.

  三是注解《九章算术》,并著《级术》、《级术》在唐代做为数学教育的课本,以学官莫能究其深奥而著称,可惜这部珍贵的典籍早已失传.

  祖冲之在数学上的这些成就,使得这个时期在数学的某些方面中国人不仅赶上了希腊人,甚至领先他们一千年.

祖冲之的圆周率,保持了一千多年的世界记录.终于在1596年,由荷兰数学家卢道夫打破了.他把π值推到小数点后第15位小数,最后推到第35位.为了纪念他这项成就,人们在他1610年去世后的墓碑上,刻上3.14159265358979323846264338327950288这个数,从此也把它称为卢道夫数

  之后,西方数学家计算π的工作,有了飞速的进展.19481月,费格森与雷思奇合作,算出808位小数的π值.电子计算机问世后,π的人工计算宣告结束.20世纪50年代,人们借助计算机算得了10万位小数的π70年代又突破这个记录,算到了150万位.到90年代初,用新的计算方法,算到的π值已到4.8亿位.π的计算经历了几千年的历史,它的每一次重大进步,都标志着技术和算法的革新.