祖冲之盗窃牛顿的微积分成果才计算出圆周率
缀的本义是缝合,转义就是将细小的东西连起来。南北朝时期的刘宋国人祖冲之(429年-500年)编写《缀术》,寓意就是将细小的东西连结起来,形成一个整体,将计算圆周率的方法定名《缀术》,就是说计算圆周率要将圆周细分,然后合计起来得到圆周率。
就是牛顿(1643-1727)发明的微积分方法。
在宋、元时期,《缀术》还有人修习,但到了明清,就给毁了,没有原本流传下来。现时只能从宋、元时期的书中找出《缀术》的影子。
宋末元初人赵友钦(赵缘督)写的《革象新书》中,就有详细介绍。
简要来说,祖冲之父子计算圆周率的过程是这样,将一个正四方形的四个角作第一次切割,得到一个正八边形,用勾股定理计算八个三角形的边长,合并计算正八边形的周长;将所得正八边形作第二次切角,得到正十六边形,再次用十六个三角形的边长计算正十六边形周长;作第三次切割,得到正三十二边形,再计算正三十二边形的周长,如此类推,切割到第十二次,得到一个正一万六千三百八十四边形,计算得到的边长近似于圆形的周长,得到圆周率为作三尺一寸四分一厘五毫九丝二忽有奇,即3.141592(6)。
《革象新书》最后一篇《乾象周髀》原文:
乾象周髀
日之圆径一度,以算术求其周围,计三度一十四分一十六秒。月之周径比似之,赤道周天三百六十五度二十五分七十五秒,以算术求其中径,计一百一十六度二十六分五十一秒。径当周中,似乎圆扇夹脊平分两旁,即是南北二极相距之直数,折半计五十八度一十三分二十五秒有奇,乃是六合各距天中之均数。天体圆如弹丸,东西南北相距皆然。凡相距平分之数,皆圆中之径也。
古人谓圆径一尺,周围三尺,方广一尺,边旁四尺。圆象天而天数三,方象地而地数四,数分阴阳,自然有理。后世考究则不然,方广一尺而边旁四尺,无可言者。若言圆径一尺而周围三尺,则三尺尚有余;围三尺而中径一尺,则一尺为不足。盖围三尺、径一尺,是六角之田也。或谓圆径一尺,周围三尺一寸四分。案:此刘徽所推。或谓圆径七尺,周围二十二尺。案:此祖冲之所推约率。或谓圆径一百一十三,周围三百五十五。案:此祖冲之所推密率。径一尺而周三尺一寸四分,犹自径多围少。径七尺而周二十二尺,却是径少周多。径一百一十三而周围三百五十五,最为精密。
今求日周天径,是此法也。既论其异同,亦当言其考究之术。画为百眼棋盘,一眼广一寸,横十寸,名句,在于东西相距方图之内。画为圆图,是去其方之四角也。圆径十寸,与外方之股数相同。圆径名髀,圆之髀比方之股,其数同而字义不异,但有方圆之别。就圆图之内,又画小方图,其小方四角,不指外方之四角,而斜抵东西南北之四正。盖其外大方四角在于「乾」「坤」「艮」「巽」,其内小四角在于「坎」「离」「震」、「兑」。小方四角斜弦一十寸,尚是圆中之髀,为数不殊于外方之股。
以外方而比内方,包容之积相半,外方积一百寸,内方积五十寸。何以知其然?盖将外方均作四隅而视之,一半归于内,一半出于外。由是察之,圆中之直髀,即内方之斜弦。内方既用为弦,圆中难以名股,句股与弦名不可紊,故称为「髀」以别之。内方之弦十寸,自乘得一百寸,名弦幂。凡弦幂必兼得句股两幂之数。今图方而纵横相同,当以弦幂均为句股两幂,各得五十寸,而开方即知句股皆七寸有余。考究圆围,本起于此。考究之术,将薄纸剪圆,而临于棋枰之上,不须于纸上画为方眼,但景映以为准则。然后于此薄纸之上,模下之小方,以算术展为圆象,充满所定之圆围。自四角之方添为八角,曲圆为第一次。若第二次,则求其为曲十六;若第三次,则求其为曲三十二;若第四次,则求其为曲六十四。凡多一次,其曲必倍。若至十二次,则求其为曲一万六千三百八十四。
其初之小方,渐加渐展,渐满渐实,角数愈多,而其为方者不复方而变为圆矣。故自一二次求之,以至一十二次,可谓极其精密。若节节求之,虽至千万次,其数终不穷。须当逐节作为大小句、大小股、大小句幂、大小股幂,小弦小弦幂,大弦大弦幂。但大弦与大弦幂,不于节次作之,毕竟止用本数而已。
今先以第一次言之。内方之弦十寸,名大弦,自乘淂一百寸,名「大弦幂」。内方之句幂五十寸,名「第一次大句幂」。以第一次大句幂,减其大弦幂,余五十寸,名「第一次大股幂」。开方得七寸七厘一毫有奇,名第一次大股。以第一次大股减其大弦,余二寸九分二厘八毫有奇,名第一较。以此较折半,得一寸四分六厘四毫有奇,名第一次小句。此小句之数,乃是内方之四边,与圆围最相远处也。
以第一次小句自乘,得二寸一分四厘四毫有奇,名「第一次小句幂。以第一次大句幂折半,得二十五寸,又折半得一十二寸五分,名第一次小股幂。以第一次小股幂并第一次小句幂,得一十四寸六分四厘四毫有奇,名第一次小弦幂。以第一次小弦幂开方得三寸八分二厘六毫有奇,名第一次小弦。即是八曲之一八,乘其第一次小弦,得三十寸六分一厘有奇,是即八曲之周围也。此以小数求之,不若改为大数。所以然者,盖求至十二次,数之降者渐小,愈小则不便于数名。
当将大弦改为一千寸,大弦幂改为一百万寸,第一次大句幂改为五十万寸,大股亦如之,然后依法而求。若求至第二次者,以第一次小弦幂就,名第二次大句幂。以第一次大股幂减其大弦幂,余为第二次大股幂。开方为第二次大股。以减其大弦,余为第二较。折半名二次小句。此小句之数,即是八曲之边,与圆围最相远处也。以第二次小句自乘,名第二次小句幂。以第二次大句幂两折,名第二次小股幂。以第二次小股幂并第二次小句幂,名第二次小弦幂。以第二次小弦幂开方,为第二次小弦,即是十六曲之一。以十六乘其第二小弦,即是十六曲之周围也。以第二次仿第一次,若至十二次,亦递次相仿而已。
置第十二次之小弦,以第十二次之曲数一万六千三百八十四乘之,得三千一百四十一寸五分九厘二毫有奇,即是千寸径之周围也。置此周围之数,降呼作三尺一寸四分一厘五毫九丝二忽有奇,以一百一十三乘之,果得三百五十五尺,故言其法精密。要之,方为数之始,圆为数之终,圆始于方,方终于圆,周髀之术,无出于此矣。」