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中國π的一頁滄桑 (第 6 頁)

洪萬生

 


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.原載於科學月刊第八卷第五期
.作者當時任教於師大數學系
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六、中國π的衰微

《綴術》在唐朝,不但是國子學中的選修科目,而且還是國家考試(大約相當於今日的高普考)科目之一。在當時的所有數學科目中,以此書最為深奧,故規定學習的時間也最長(計四年)。唐代之重視數學教育,由此可見一斑。到了宋朝,更由於印刷術的發明,一般老百姓和士人有幸接觸數學書籍,數學知識逐漸平民化了,再加上金元異族雄踞北方虎視眈眈,士人與平民有感於國家與社會的生存環境,遂合力把數學研究從曆法計算、計算賦役等等這些官府用途上解放出來,推向更開闊更深遠的實用天地中.因而創造了中國古代數學的輝煌時代。《綴術》是何時失傳的,筆者無從得知,不過,即使不失傳,到了明代,恐怕也不會有人聞問了。明朝以八股文取士,把唐宋以來那一股生機勃發的數學研究浪潮,活生生地扼殺了。 祖沖之的 π 值,自趙友欽(元人,著有《革象新書》)之後,便被人遺忘了,到了清代才再被發現。那個時候,洋人的 π 值逼近已經後來居上,西學東漸也把西方的科技成就傳入中土。中國人對祖沖之的成就所採取的態度,我們不得而知,不過,令人遺憾的是,$\sqrt{10}$ 這個極其粗陋的近似值卻「統治」了中國數學界好長一段時間(參見李約瑟的《中國之科學與文明(四)》)。

在西方,π 的神秘性一直與幾何三大作圖難題之一的「化圓為方」連在一起。化圓為方的嚐試歷程中,可劃歸為三個階段。第一期,從最早的埃及人時代到十七世紀中葉,其特徵就是使用「割圓術」,在這一段時期中,中國人所做的近似值成就,長時間地領先了西方人。第二期約從一六五○年到一七五○年,顯然受到剛發明的微積分之影響,用解析方法來將 π 表現成連分數、收斂級數及無窮乘積等等,π 的小數位也因而愈算愈多。這是中西實力消長的一個重要關鍵。接著下來,中國人所面臨的便是一部不忍卒讀的近代史。第三個時期堂堂邁入近代數學的大門,勒俊得 (Legendre) 於一七九四年證得 π 是一個無理數,再經過多人的努力,德國數學家林得曼 (Lindemann) 終於在一八八二年證明 π 是一個超越數(即非整係數多項式的零位也),才解決了將圓方化的問題:使用規與矩,在有限次作圖下,是無法做出一個正方形,使其面積等於一個預先給定圓的面積。這個圓方化的問題也可以轉化成求圓周長的問題。因此,人類在 π 的本質探討工作上,總算功德圓滿了(參見《π的歷史、性質及計算》一書,賴建業編譯,中央書局出版)。

   

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編輯:洪瑛 / 校對:黃信元 最後修改日期:5/28/2002