圆周率—π
▲什麼是圆周率?
圆周率是一个常数,是代表圆周和直径的比例。它是一个无理数,即是一个无限不循环小数。但在日常生活中,通常都用3.14来代表圆周率去进行计算,即使是工程师或物理学家要进行较精密的计算,也只取值至小数点后约20位。
▲什麼是π?
π是第十六个希腊字母,本来它是和圆周率没有关系的,但大数学家欧拉在一七三六年开始,在书信和论文中都用π来代表圆周率。既然他是大数学家,所以人们也有样学样地用π来表圆周率了。但π除了表示圆周率外,也可以用来表示其他事物,在统计学中也能看到它的出现。
▲圆周率的发展史
在历史上,有不少数学家都对圆周率作出过研究,当中著名的有阿基米德(Archimedes of Syracuse)、托勒密(Claudius Ptolemy)、张衡、祖冲之等。他们在自己的国家用各自的方法,辛辛苦苦地去计算圆周率的值。下面,就是世上各个地方对圆周率的研究成果。
亚洲
中国:
魏晋时,刘徽曾用使正多边形的边数逐渐增加去逼近圆周的方法(即「割圆术」),求得π的近似值3.1416。
汉朝时,张衡得出π的平方除以16等於5/8,即π等於10的开方(约为3.162)。虽然这个值不太准确,但它简单易理解,所以也在亚洲风行了一阵。
王蕃(229-267)发现了另一个圆周率值,这就是3.156,但没有人知道他是如何求出来的。
公元5世纪,祖冲之和他的儿子以正24576边形,求出圆周率约为355/113,和真正的值相比,误差小於八亿分之一。这个纪录在一千年后才给打破。
印度:
约在公元530年,数学大师阿耶波多利用384边形的周长,算出圆周率约为√9.8684。
婆罗门笈多采用另一套方法,推论出圆周率等於10的平方根。
欧洲
斐波那契算出圆周率约为3.1418。
韦达用阿基米德的方法,算出3.1415926535<π<3.1415926537
他还是第一个以无限乘积叙述圆周率的人。
鲁道夫万科伦以边数多过32000000000的多边形算出有35个小数位的圆周率。
华理斯在1655年求出一道公式π/2=2×2×4×4×6×6×8×8...../3×3×5×5×7×7×9×9......
欧拉发现的 e的iπ次方加1等於0,成为证明π是超越数的重要依据。
之后,不断有人给出反正切公式或无穷级数来计算π,在这里就不多说了。
π与电脑的关系
在1949年,美国制造的世上首部电脑—ENIAC(Electronic Numerical Interator and Computer)在亚伯丁试验场启用了。次年,里特韦斯纳、冯纽曼和梅卓普利斯利用这部电脑,计算出π的2037个小数位。这部电脑只用了70小时就完成了这项工作,扣除插入打孔卡所花的时间,等於平均两分钟算出一位数。五年后,NORC(海军兵器研究计算机)只用了13分钟,就算出π的3089个小数位。科技不断进步,电脑的运算速度也越来越快,在60年代至70年代,随著美、英、法的电脑科学家不断地进行电脑上的竞争,π的值也越来越精确。在1973年,Jean Guilloud和M. Bouyer发现了π的第一百万个小数位。
在1976年,新的突破出现了。萨拉明(Eugene Salamin)发表了一条新的公式,那是一条二次收歛算则,也就是说每经过一次计算,有效数字就会倍增。高斯以前也发现了一条类似的公式,但十分复杂,在那没有电脑的时代是不可行的。之后, 不断有人以高速电脑结合类似萨拉明的算则来计算π的值。目前为止,π的值己被算至小数点后51,000,000,000个位。
为什麼要继续计算π
其实,即使是要求最高、最准确的计算,也用不著这麼多的小数位,那麼,为什麼人们还要不断地努力去计算圆周率呢?
这是因为,用这个方法就可以测试出电脑的毛病。如果在计算中得出的数值出了错,这就表示硬体有毛病或软体出了错,这样便需要进行更改。同时,以电脑计算圆周率也能使人们产生良性的竞争,,科技也能得到进步,从而改善人类的生活。就连微积分、高等三角恒等式,也是有研究圆周率的推动,从而发展出来的。
▲π的年表
圆周率的发展
年代 求证者 内容
古代 中国周髀算经 周一径三
圆周率 ＝ 3
西方圣经
元前三世 阿基米德(希腊) 1. 圆面积等於分别以半圆周和径为边长的矩形
的面积
2.圆面积与以直径为长的正方形面积之比为11:14
3. 圆的周长与直径之比小於3 1/7 ,大於
3 10/71
三世纪 刘徽
中国 用割圆术得圆周率＝3.1416称为'徽率'
五世纪 祖冲之
中国 1. 3.1415926＜圆周率＜3.1415927
2. 约率 ＝ 22/7
3. 密率 ＝ 355/113
1596年 鲁道尔夫
荷兰 正确计萛得的35 位数字
1579年 韦达
法国 '韦达公式'以级数无限项乘积表示
1600年 威廉.奥托兰特
英国 用/σ表示圆周率
π是希腊文圆周的第一个字母
σ是希腊文直径的第一个字母
1655年 渥里斯
英国 开创利用无穷级数求的先例
1706年 马淇
英国 '马淇公式'计算出的100 位数字
1706年 琼斯
英国 首先用表示圆周率
1789年 乔治.威加
英国 准确计萛至126 位
1841年 鲁德福特
英国 准确计萛至152 位
1847年 克劳森
英国 准确计萛至248 位
1873年 威廉.谢克斯
英国 准确计萛至527 位
1948年 费格森和雷恩奇
英国 美国 准确计萛至808 位
1949年 赖脱威逊
美国 用计算机将计算到2034位
现代 用电子计算机可将计算到亿位
▲背诵π
历来都有不少人想挑战自己的记忆力,他们通常以圆周率为目标。目前的世界记录是由敬之后藤创下的,他在1995年花了9个多小时,背诵出圆周率的42,000个位数。
目前,最常用的记忆圆周率技巧就是字长法,以每个字的字数代表圆周率的一个位数。在这种方法中最简单的就是“How I wish I could calculate pi.”
用中文去背圆周率也很简单,因为每个数字都只有一个音节,这样背起来就如背诗一样,只不过有点言不及义,例如:
山巅一石一壶酒
3．14159
二侣舞扇舞
26535
把酒砌酒扇又搧
8979323
饱死罗.....
846.....
关於π的有趣发现
将π的头144个小数位数字相加,结果是666。144也等於(6+6)*(6+6)
爱因斯坦的生日恰好是在π日(3/14/1879)
从π的第523,551,502个小数位开始,是数列123456789。
从第359个位数开始,是数字360。也就是说第360个位数正好位於数字360的中央。
在头一百万个小数中,除了2和4,其他数字都曾连续出现7次。
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