中國是世界上最早進入農耕社會的國家之一。由於農業生產與天文氣候關係最為密切,所以我國古代的天文學發展較快。由於天文工作者必須兼通數學,所以天文學的進步,同時也促進著數學的發展。魏晉南北朝時期的天文學和數學較之前代有了巨大的進步,湧現出許多“搜練古今,博采沈奧”的數學天才和天文學大師,並出現了如祖衝之這樣兼通數學和天文學的古代科學巨匠。由於統治者的重視,政府還設立了天文觀測和研究機構。這一時期數學的發展,不但能夠注意做到理論結合實際,而且具有中外文化交流的特點。
一、數學天才和天文學大師祖衝之
祖衝之(429—500年),字文遠,祖籍範陽遒縣(今河北省淶源縣),後來舉族南遷,他本人生長在南朝建康城。其祖父祖昌曾任劉宋大匠卿,其父祖朔之宦至奉朝請,衝之曆仕宋、齊兩朝,官至長水校尉。他是南北朝時期一位傑出的科學家,在天文曆法、數學、機械製造等方麵都有重大成就。甚至在音樂領域內,他也是一時之秀,史載“衝之解鍾律博塞,當時獨絕,莫能對者”[1],真不愧為一位博學多能、多才多藝的古代科學巨匠。
祖衝之在數學方麵最主要的成就,首推圓周率的計算。他應用劉徽的割圓術,在劉徽的基礎上繼續推算,求出了精確到第七位有效數字的圓周率。史載“祖衝之更開密法,以圓徑一億為一丈,圓周盈數三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽,朒數三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽,正數在盈朒二限之間”[2]。這相當於算得了圓周率在3.1415926和3.1415927之間。在公元5世紀時就取得如此成就,是很了不起的。用這個數值計算直徑為一千米的大圓周長時產生的誤差不超過1厘米。在國外,直到1427年,阿拉伯數學家阿爾·卡西才求出更精確的數值,把圓周率推算到第17位有效數字,但這已經是祖衝之逝世之後近1000年的事了。