数学百科

沈括

2022-10-13

简介

1033—1097

中国北宋科学家、政治家。字存中。生于浙江钱塘(今杭州)一中下层官吏家庭。父亲沈周曾先后在润州(今镇江)、泉州、开封、江宁(今南京)等地任职。母亲许氏精通文理,对他早年学习有一定影响。沈括自幼好学,少年时代,随父走南闯北,接触各地风土人情,增长许多见识。12岁延师受业,除学堂必读的儒家“经典”外,还博览诸子百家作品和史记小说。赞赏、敬仰各种历史风流人物,对自然科学书籍爱不释手。善于思索,勇于实践,较多接触社会,了解下层人民生活,这为他以后的光辉业绩奠定了基础。1051年父亲逝世,沈括被任命为沭阳(今江苏沭阳)主簿(相当于县令的助手)。1054年元月正式就职。任期间不辞劳苦,着手治理沭水,使七千顷土地变为良田。次年赴东海(今江苏东海)代县令。1061年转任宣州宁国(今安徽宁国)县令。1063年,沈括入京(今开封)应举进士。1066年编校昭文馆的书籍,得以阅读和利用当时皇家图书馆中的丰富藏书。1074年以前还任过司理参军,司天监等许多官职。着重对天文历法进行深入研究,作了大量天象观察,详细记载了陨星陨落的过程,正确解释月的盈亏、日食、月食等自然现象。他提出放大窥管观察北极星的方法和改进浑仪的意见,以及制造浮漏(计时器)和圭表(测日影)等很有价值的学说。同时期还主持编修了《奉元历》。1074年9月兼任军器监后,对改进兵械,研究城防、阵法、战略战术等军事知识,发表了很好的独立见解。沈括是一个进步的政治家,是参加王安石变法的骨干,曾奔走南北,积极推行新法。1075年奉命出使辽国,捍卫了宋朝疆土。第二年担任翰林学士和权三司使,主管财政经济。改革盐钞,讨论钱币、修正役法等创举成为他任职期有声有色的政绩。1080年6月,沈括受任为鄜延(今陕西北部)路经略安抚使,抗击西夏贵族的侵扰,屡战获胜。后因战争失利受累,加之顽固派诽谤,被调为均州团练副使,实际遭软禁。1085年宋哲宗即位大赦后恢复自由,1087年移居润州的梦溪园私宅,倾毕生余力,潜心著述,于1088年左右完成不朽的科学巨著《梦溪笔谈》。沈括“博学善文,于天文、方志、律历、音乐、医药、卜算无所不通,皆有所论著”(《宋史·沈括》),《梦溪笔谈》集中反映了这些成就。名称虽叫《笔谈》,实际上是一部内容丰富的学术专著。还容纳一些诗文掌故,街谈巷语及传说奇闻。现存传本26卷,《补笔谈》3卷,《读笔谈》1卷,共30卷。有关科学技术的就有200多条,内容涉及数学、物理、化学、天文、地质、地理、气象、工程技术,生物和医学等多种学科,这不仅是我国古代科学史上的杰作,也是世界科技资料库中的一份宝贵遗产。在数学上沈括的突出成就是创立“隙积术”和“会圆术”,载于《梦溪笔谈》卷十八《技艺》中,“隙积术”是二阶等差级数求和的一种方法。“隙积者,谓积之有隙者,如累棋、层坛及酒家积罂之类。”相当于求依次堆成长方台型的酒坛等物的总个数。沈括研究了古代各种体积的求法,发现无一适用,连刍童(长方台)法也“常失于数少。”设堆垛顶层有宽a个,长b个物体,底层有宽c个,长d个,共堆n层,沈括给出堆物总数(S)的隙积术公式为

为南宋杨辉的“垛积术”,元代郭守敬的“招差术”开辟了道路,影响深远。“会圆术”是已知圆的直径和弓形的高,求此弓形的底和弧长的方法。沈括认为“凡圆田,既能拆之,须使会之复圆。”设圆的直径为d,弓形的高为h,他给出底长公式

和弧长公式第二个公式是根据《九章算术》弧田术推得的近似公式,误差较大,郭守敬《授时历》中的“弧矢割圆术”,曾引用过它,此外沈括将数学知识广泛应用于天文、历法和工程、军事中,得到许多重要结果。在物理学方面,沈括第一个发现了地磁偏角的存在,还阐述凹面镜成象的原理,研究共振规律等。在地质学方面,沈括由雁荡山等地的地形认识水的浸蚀作用;从太行山岩石中的生物遗迹,推知冲积平原形成的过程。他发明木屑面糊溶蜡地势模型法;首先提出石油的命名;精究药用植物与医学,缉成《良方》十卷。他以非凡的造诣对当时最新的科学技术水平做了全面细致的阐述,例如毕升的活字印刷术、炼钢、炼铜的方法等。他的著作仅注册的就达155卷之多。沈括的成就与他善于思索、勇于实践、敢于独创、勤于记载的治学态度是分不开的,他对待科学严肃,忠实而谦逊。由于历史和阶级的局限性,其学说中难免有封建糟粕,有些论述也不尽完美,但他的博学广著使他成为中外学者公认的卓越科学家,被誉为“中国科学史上的座标”(李约瑟语)。沈括晚年一直在梦溪园深居简出,写作之余偶而垂钩抚琴。在润州逝世,享年65岁。

拓展资料

沈括规