3.14 , 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 , 我們就來說說圓周率的傳奇吧 。
圓可能是自然界中最常見的圖形了 , 人們很早就注意到 , 圓的周長與直徑之比是個常數(shù) , 這個常數(shù)就是圓周率 , 現(xiàn)在通常記為π , 它是最重要的數(shù)學常數(shù)之一 。
關(guān)于π最早的文字記載來自公元前2000年前后的古巴比倫人 , 它們認為π=3.125 , 而古埃及人使用π=3.1605 。
中國古籍里記載有“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≈3.1622的說法 。
這些早期的π值大體都是通過測量圓周長 , 再測量圓的直徑 , 相除得到的估計值 。
由于在當時 , 圓周長無法準確測量出來 , 想要通過估算法得到精確的π值當然也不可能 。
到了公元前3世紀 , 古希臘大數(shù)學家阿基米德第一個給出了計算圓周率π的科學方法:圓內(nèi)接(或外切)正多邊形的周長是可以精確計算的 , 而隨著正多邊形邊數(shù)的增加 , 會越來越接近圓 , 那么多邊形的周長也會越來越接近圓周長 。阿基米德用圓的內(nèi)接和外切正多邊形的周長給出圓周率的下界和上界 , 正多邊形的邊數(shù)越多 , 計算出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(西方稱為畢達哥拉斯定理) , 就可求得邊數(shù)加倍后的正多邊形的邊長 。
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 。他本人計算到正96邊形 , 得出223/71<π<22/7 , 即π值在3.140?845與3.142?857之間 。在西方 , 后人一直使用阿基米德的方法計算圓周率 , 差不多使用了19個世紀 。
魯?shù)婪蚰股峡逃杏嬎愕叫?shù)點后35位的π值
無獨有偶 , 中國三國時期的數(shù)學家劉徽 , 在對《九章算術(shù)》作注時 , 在公元264年給出了類似的算法 , 并稱其為割圓術(shù) 。所不同的是 , 劉徽是通過用圓內(nèi)接正多邊形的面積來逐步逼近圓面積來計算圓周率的 。約公元480年 , 南北朝時期的大科學家祖沖之就用割圓術(shù)算出了3.141?592?6<π<3.141?592?7 , 這個π值已經(jīng)準確到7位小數(shù) , 創(chuàng)造了圓周率計算的世界紀錄 。
17世紀之前 , 計算圓周率基本上都是用上述幾何方法(割圓術(shù)) , 德國的魯?shù)婪颉し丁た埔羵惢ㄙM大半生時間 , 計算了正262邊形的周長 , 于1610年將π值計算到小數(shù)點后35位 。德國人因此將圓周率稱為“魯?shù)婪驍?shù)” 。
關(guān)于π值的研究 , 革命性的變革出現(xiàn)在17世紀發(fā)明微積分時 , 微積分和冪級數(shù)展開的結(jié)合導致了用無窮級數(shù)來計算π值的分析方法 , 這就拋開了計算繁雜的割圓術(shù) 。
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