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北师大六年级上册数学“圆周率的历史”教学探索
人类的祖先在实践中发现,不同粗细的圆木,用绳子绕上一圈,绳子的长度总是圆木直径的3倍多一点。
在我国,现存有关圆周率的最早相关文章是2000多年前的《周髀算经》。“周”是一个地名,“髀”是指立木测影。同学们之前在科学中学过天文方面的知识,知道观测天气要定点、定时、长期观测,也学过日晷,就是测量影子的,从书名能知道,《周髀算经》是一本关于天文计算方面的古书。《周髀算经》有上下两卷,共70章,内容丰富,艰深。
比如:“候勾六尺,……从髀至日下六万里,而髀无影。从此以上至日,则八万里。……”
“候”就是等到,“勾”,就是“勾股弦”的“勾”,直角三角形中的短边。
这段话的大概意思是“等到勾边的影长为六尺的时候,使得弦边为10尺,那么股边为八尺。”再用相似的原理算出太阳高度。
《周髀算经》中有大量的天体运行轨迹的计算。天体的运行轨迹是圆形或者是椭圆形,计算要用到圆周率。
比如:“正极之所游,冬至日加酉之时,立八尺表,以绳系表颠,希望北极中天大星,引绳致地而识之;又到旦明,日加卯之时,复引绳希望之,首及绳致地而识其两端,相去二尺三寸,故东西极两万三千里。”……“何以知南北极之时?……其两端相去正东西,中折之以指表,正南北”。“冬至夜半北游所极夜……以夏至南游所极。此皆以绳系表颠而希望之,北极至地所识丈一尺四寸半,……其南极至地所识九尺一寸半,”
通过复验这些数据,可以知道《周髀算经》使用的圆周率的大小。
在三国、唐朝的古代学者对书中的计算进行注解:三国时,赵爽注解:“圆径一而周三。”
唐朝的杨炯注解:“周三径一”。
我国古代数学经典书籍《九章算术》在第一章“方田”中写到“半周半径相乘得积步”,也就是我们现在说的s=r²π。
我国魏晋时期数学家刘徽,读到这里,为了证明这个公式,公元263年撰写《九章算术注》,在这一公式后面写了一篇1800余字的注记,这篇注记就是数学史上著名的“割圆术”。
刘徽用这种方法不断地“割圆”,一直算到圆内接正192边形,得到圆周率的近似值是3.14.
根据《隋书·律历志》关于圆周率(π)的记载:“宋末,南徐州从事史祖冲之,更开密法,以圆径一亿为一丈,圆周盈数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽,朒(nǜ)数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽,正数在盈朒二限之间。密率,圆径一百一十三,圆周三百五十五。约率,圆径七,周二十二。”
这段话的意思是:祖冲之把圆的直径当作单位"1",周长,最大是3.1415927,最小是3.1415926。用分数表示,不精确的值为22/7,精确的值为355/113。
这就厉害了!这一成就,在当时是世界上的最高水平,一直到900多年中,都是世界第一,没有其他国家能超过他。
直至15世纪阿尔.卡西算到圆周率3.14159265358979325,有17位准确数字,这才打破了祖冲之保持了900多年的记录。
国外早的计算圆周率的人,算是公元前三世纪的希腊数学家阿基米德了。他发现了:当正多边形的边数增加时,它的形状就越来越接近圆。
他得出的结论是:圆周率约223/71,近似为22/7。
现在,人们用计算机计算圆周率,2000年,圆周率已经可以计算到小数点后12411亿位。
据网络报道,最近,科学家通过超级计算机,耗时三个半月,把圆周率的小数位算到了62.8万亿位,人类获得了史上最为精确的圆周率。
我们平时在生活中基本上只要用到圆周率小数位的前两位,普通工程上取前五位也够用了。既然如此,为什么还要不断计算圆周率?能算到尽头吗?
圆周率是一个无限不循环的小数,也是超越数。
不过,从算术上想,如果把正方形周长作为单位1,那么它的内接圆的周长是“π/4”,内接圆的周长是无限不循环小数;反过来,如果把圆的周长作为单位1,那么它的外接正方形的周长是“4/π”,此时无限不循环的小数是正方形周长了。




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