第四:“(张衡)又云,方八之面,圆五之面”。这是说,正方形:内接圆=√8:√5(这也是错误的)。
第五:根据“方八之面,圆五之面”而算出“圆周率一十之面,而径率一之面”。即张衡圆周率,周:径=√10,这个率是很粗疏的,后人刘徽批评说:“衡亦以周三径一之率为非,是故更著此法,然增周太多,过其实矣”。
根据刘徽对张衡工作的介绍与评价,我们不难看出,张衡除了出发点丸柱率有误外,他的整个推导过程都是正确与精彩的。张衡对圆周率的研究,即便是在证明过程中存在错误,但他的思路和方法在当时也是先进的,在一定意义上开辟了一个新方向,为后人在圆周率方面的研究提供了依据和重要思路。
刘徽圆周率
刘徽(225-295)是我国魏晋时期著名数学家,他把机械方法和极限思想应用于近似计算,在中国第一次提出求圆周率近似值的科学方法,创立了以几何学求圆周率的方法,开创了中国数学之新纪元。
刘徽曾为《九章算术》作注,“割圆术”是他为《九章算术》中的《方田章》里的“圆田术”一文写的注疏。在这篇注疏中,刘徽提出了一个计算圆周率的算法。刘徽从圆内接正6边行开始割圆(如上图)他说:“割之弥细,所失弥少,割之又割,以至于不可割,则与圆周合体而无所失矣。”
就是说,如此继续下去,对于这个正6×2n(n=0,1,2,3,…)边形序列,设Sn是6×2n边行的面积,Ln是每边长,割得越细,即n越大,S-Sn就越小(S为圆的面积)。割至不可割时,则圆内接正多边形便与圆周合为一体。
求出π=157/50。为了得到更精密的圆周数值,同时又不希望继续用繁复的机械割圆术,刘徽考察了正多边形面积增加的情况,发现:多边形面积的增加值大致有以1/4为比例递减的趋势,即有
于是只要假定这种比例关系具有普遍性,则可以“以率消息”之简便方法求得正多边形面积。刘徽当然不会求无穷数
考虑到圆的面积比正多边形的面积略大,故取36/625≈35/625。而所计算的4项很有可能是刘徽发现此级数之后的诸项增加值甚小。如此得到此正多边形面积314又99/625,正对应着正3 072边行的面积。之后,刘徽将得到的圆幂S=314又4/25(平方寸)代入《九章算术》的圆面积公式(半周半径相乘得积步),反求出圆周长为6尺2寸8.32分,与已知的圆直径2尺相约,得到π=3927/1250。
刘徽在求圆周率数值的过程,可以说是数学原理加上非理性因素双重作用的结果。但对后来祖冲之对圆周率的研究做了进一步的铺垫和引导。