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圓周率公式(圓周率是怎樣算出來(lái)的?)
關(guān)鍵詞:圓周率
14,這是圓周率的近似值 。所以(3月14日)也被確定為圓周率日。
今天,我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)圓周率的傳奇吧。
圓可能是自然界中最常見(jiàn)的圖形了,人們很早就注意到,圓的周長(zhǎng)與直徑之比是個(gè)常數(shù),這個(gè)常數(shù)就是圓周率,現(xiàn)在通常記為π,它是最重要的數(shù)學(xué)常數(shù)之一。
關(guān)于π最早的文字記載來(lái)自公元前2000年前后的古巴比倫人,它們認(rèn)為π=125,而古埃及人使用π=1605。
中國(guó)古籍里記載有“圓徑一而周三”,即π=3,這也是《圣經(jīng)》舊約中所記載的π值。
在古印度耆那教的經(jīng)典中,可以找到π≈1622的說(shuō)法。
這些早期的π值大體都是通過(guò)測(cè)量圓周長(zhǎng),再測(cè)量圓的直徑,相除得到的估計(jì)值。
由于在當(dāng)時(shí),圓周長(zhǎng)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量出來(lái),想要通過(guò)估算法得到精確的π值當(dāng)然也不可能。
到了公元前3世紀(jì),古希臘大數(shù)學(xué)家阿基米德第一個(gè)給出了計(jì)算圓周率π的科學(xué)方法:圓內(nèi)接(或外切)正多邊形的周長(zhǎng)是可以精確計(jì)算的,而隨著正多邊形邊數(shù)的增加,會(huì)越來(lái)越接近圓,那么多邊形的周長(zhǎng)也會(huì)越來(lái)越接近圓周長(zhǎng)。阿基米德用圓的內(nèi)接和外切正多邊形的周長(zhǎng)給出圓周率的下界和上界,正多邊形的邊數(shù)越多,計(jì)算出π值的精度越高。
阿基米德從正六邊形出發(fā),逐次加倍正多邊形的邊數(shù),利用勾股定理(西方稱(chēng)為畢達(dá)哥拉斯定理),就可求得邊數(shù)加倍后的正多邊形的邊長(zhǎng)。
因此,隨著邊數(shù)的不斷加倍,阿基米德的方法原則上可以算出任意精度的π值。他本人計(jì)算到正96邊形,得出223/71<π<22/7,即π值在140?845與142?857之間。在西方,后人一直使用阿基米德的方法計(jì)算圓周率,差不多使用了19個(gè)世紀(jì)。
魯?shù)婪蚰股峡逃杏?jì)算到小數(shù)點(diǎn)后35位的π值
無(wú)獨(dú)有偶,中國(guó)三國(guó)時(shí)期的數(shù)學(xué)家劉徽,在對(duì)《九章算術(shù)》作注時(shí),在公元264年給出了類(lèi)似的算法,并稱(chēng)其為割圓術(shù)。所不同的是,劉徽是通過(guò)用圓內(nèi)接正多邊形的面積來(lái)逐步逼近圓面積來(lái)計(jì)算圓周率的。約公元480年,南北朝時(shí)期的大科學(xué)家祖沖之就用割圓術(shù)算出了141?592?6<π<141?592?7,這個(gè)π值已經(jīng)準(zhǔn)確到7位小數(shù),創(chuàng)造了圓周率計(jì)算的世界紀(jì)錄。
17世紀(jì)之前,計(jì)算圓周率基本上都是用上述幾何方法(割圓術(shù)),德國(guó)的魯?shù)婪颉し丁た埔羵惢ㄙM(fèi)大半生時(shí)間,計(jì)算了正262邊形的周長(zhǎng),于1610年將π值計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后35位。德國(guó)人因此將圓周率稱(chēng)為“魯?shù)婪驍?shù)”。
關(guān)于π值的研究,革命性的變革出現(xiàn)在17世紀(jì)發(fā)明微積分時(shí),微積分和冪級(jí)數(shù)展開(kāi)的結(jié)合導(dǎo)致了用無(wú)窮級(jí)數(shù)來(lái)計(jì)算π值的分析方法,這就拋開(kāi)了計(jì)算繁雜的割圓術(shù)。
那些微積分的先驅(qū)如帕斯卡、牛頓、萊布尼茨等都對(duì)π值的計(jì)算做出了貢獻(xiàn)。1706年,英國(guó)數(shù)學(xué)家梅欽得出了現(xiàn)今以其名字命名的公式,給出了π值的第一個(gè)快速算法。
梅欽因此把π值計(jì)算到了小數(shù)點(diǎn)后100位。以后又發(fā)現(xiàn)了許多類(lèi)似的公式,π的計(jì)算精度也越來(lái)越高。1874年,英國(guó)的謝克斯花15年時(shí)間將π計(jì)算到了小數(shù)點(diǎn)后707位,這是人工計(jì)算π值的最高紀(jì)錄,被記錄在巴黎發(fā)現(xiàn)宮的π大廳。可惜后來(lái)發(fā)現(xiàn)其結(jié)果從528位開(kāi)始出錯(cuò)了。
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