第21課承上啟下的魏晉南北朝文化(一)案例模擬“算籌”計算
說完,祖沖之到院里搬來幾根大竹子,操起一把刀破成細條,又一一斬成短截,整整干了兩天,地上堆起了一座竹棍的小山。現在聽起來奇怪,搞計算怎么先干起竹木活來?原來,當時既沒有阿拉伯數字可以筆算,也沒有算盤可以珠算。運算全靠算籌的這種原始工具。今天遇到這么大的算題,平時的那些算籌哪里夠用?
祖沖之將這一切準備好以后,便在地上畫了一個直徑為一丈的大圓,將圓割成六等分,然后再依次內接一個12邊形、24邊形、48邊形……他都按勾股定理用算籌擺出乘方、開方等式,一一求出多邊形的邊長和周長。把直徑定為一丈,這樣就省掉再除一次的程序。不斷求出多邊形的周長,也就不斷逼近圓周率了。祖暅也在那個大圓圈里跳進跳出地幫他拿算籌,記數字。就這樣直算得月落鳥啼,直算得雞鳴日升,那竹棍擺成的算式從桌上延到地下,又滿地轉著圈子,一屋上下全都是算籌。這批算籌又都是些新破的竹子,還沒有來得及打磨,祖沖之用手捏著、想著、擺著,不消幾日,指頭漸漸都被磨破,那綠白相間的新竹竟染上了紅紅的血印。
他們父子這樣不分晝夜地干著。接到第96邊形時,遇到了難以想象的困難。當年劉徽就是至此卻步,而將得到的3.14定為最佳數據。夜靜更深,小祖暅睡了。祖沖之推開窗戶,深吸了夜深時分甜甜的空氣,看了一回星空,又轉過身來看看地上的那大圓。那內接的96邊形,與圓都快接近于重合了。按說能算到這一步已經實在不易,用這個數字再去為《九章算術》作注,也就完全可以了。他用拳頭捶了捶酸困的后腰,又摸摸纏了布條的手指,向墻邊的書架踱去,忽然背后刷拉拉一陣響聲。他猛一回頭,哎呀!原來剛才未關窗戶,一陣夜風吹起窗慢,把竹籌擺起的許多算式掃得七零八落,拋灑一地。這式子剛擺完還沒有來得及驗算,也未抄下得數。要知每算一遍就要進行十一次加減乘除和開方,多么繁重的勞動啊!祖沖之一下撲在地上,用還滲著血的十指捧起一掬算籌,對著深邃的夜空,低聲喊道:“老天啊!你怎么如此欺人!”他一甩衣袖,索性將桌上的殘式全部拂去,又重新擺布起來。就這樣不知又過了多少天,只知花開花落,月缺月圓,父子倆把地上那個大圓直割到24576份,這時的圓周率已經精確到3.14159261。祖沖之知道這樣不斷割下去,內接多邊形的周長還會增加,更接近于圓周,但這已到了小數點后第八位,再增加也不會超過0.00000001丈,所以圓周率必然是3.1415926<π<3.1415927。當時祖沖之就把圓周率定在“上下二限”之間。這上下限的提法確是祖沖之首創,他得出的圓周率精確值在當時世界上已遙遙領先,直到一千年后才有阿拉伯數學家阿爾卡西的計算超過了他。所以國際上曾提議將圓周率命名為“祖率”。
算籌與算盤的關系
算籌可以表示任何自然數,還能夠進行加、減、乘、除、乘方、開方等復雜的計算問題。當時,人們對“算籌”是非常珍視的。木、竹、骨都可以制。為了減少反復制作的麻煩,方便攜帶,還專門做了算袋或算子筒。
隨著社會的進步,生產的發展,需要計算的數字越來越大。“算籌”用起來就顯得很不方便了。為了避免算籌的丟失,減少在地上擺放搬移籌棒的麻煩,人們便設法使“算籌”連結到一起,固定在一定的物體上。于是,便想出了用一粒粒算珠代替籌棒,用細棒把算珠穿起來,固定在木框上,用手指撥動算珠代替移動籌棒。這樣“算盤”就發明了!