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【原创】祖暅与祖暅原理·数学(二十四)

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发表于2020年12月08号 06点 阅读 11301 评论2 点赞12 ©著作权归作者所有

祖暅,祖冲之儿子,字景烁,我国南北朝时代南朝著名的数学家、天文学家,生卒年代不详。受其父亲的影响,祖暅从小钻研数学,当他读书思考时,十分专一,即使有雷霆之声,他也听不到,因走路思考问题,闹出过许多笑话。

比如有一次,他边走路边思考数学问题,走着走着,竞然撞了对面过来的仆射徐勉。仆射是很高的官,徐勉是朝廷要人,倒被这位年轻小子碰得夠呛,不禁大叫起来,这时祖暅方才醒悟。

祖暅的成就与其父祖冲之难以区分,祖冲之在462年编制《大明历》,就是在祖暅三次建议的基础上完成的。《缀术》书经学者们考证,有些条目就是祖暅所作。祖冲之去世后,祖暅在梁朝天监三年(504年)、八年、九年曾先后三次上书,建议采用他父亲编制的《大明历》,最后终于使父亲的遗愿得以实现。

祖暅在天文学方面,曾测量日影长度,发现北极星与北天极不动处相差一度有余,纠正了北极星就是天球北极的错误认识。主要著作有《天文录》30卷,《漏刻经》1卷等,但均已失传,所存若干片断,散见于唐《开元占经》等书中。

祖暅在数学方面,主要工作是修补编辑他父亲的数学著作《缀术》,并提出了一条原理:“幂势既同,则积不容异。”这里的“冪”是指水平截面的面积,“势”是指高。现在称为祖暅原理,用现代语言翻译成:“两个等高的几何体,若在所有等高处的水平截面的面积相等,则这两个几何体的体积一定相等”。

运用祖暅原理和由他创造的开立园术,发展了他父亲的研究成果,巧妙地证明了球的体积公式,求得的这一公式比意大利数学家卡发雷(1589―1647)至少要早1100年。

我们知道,立体几何中,讲点线面体的关系时,有一句话是这样说的:“点动成线,线动成面,面动成体”。几何体由面构成,就是由线构成,最终也就是由点构成。点的多少也表示了体积的大小,要想让两个几何体的体积相等,也就是构成几何体的点的数量相同,祖暅原理就运用到了它。

祖暅原理,建国后一直把它编辑在我国高中数学教材中,可见它的意义很不一般。师生有时称它为“等幂等积定理”,用它成功地应用到球体积的推算上。在西方,球体的体积计算方法虽然早已由希腊数学家阿基米德发现,但祖暅原理是在独立研究的基础上得出的,且比阿基米德的内容要丰富,涉及的问题要复杂,二者有异曲同工之妙。

根据祖暅原理,古代可求出弁合方盖的体积(注:古人称伞为“盖”,“弁”同侔,意即相合.弁合方盖见图示),也可以用于计算一些复杂几何体的体积。在西方,直到17世纪,才由意大利数学家卡瓦列里发现。卡瓦列里于1635年出版的《连续不可分几何》中,提出了等积原理,西方人把它称之为“卡瓦列里原理”。祖暅的发现比卡瓦列里早,尽管两人各自独立提出了等积原理,两人都为计算几何体的体积作出了巨大的贡献。我们认为,祖暅的优异成就,是中国古代数学家的杰作。祖暅原理应该是中华民族优秀数学文化的瑰宝之一,也是值得我们炎黄子孙引以自豪的又一例证。

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信纸作者:习之

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