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数学史话之的故事

一说起π,估计很多人说这不就是圆周率嘛,可是这个π具体的数值是多少?又会说:3.14啊。可是3.14只是一个近视值哦,π它到底是什么,又是怎么来的?今天就听科普君来聊聊。

众所周知,π=3.141592653…可以说,它是世界上最有名的无理常数了,代表的是一个圆的周长与直径之比或称为“圆周率”。据说在公元前20世纪,古巴比伦人就把圆周率定义为25/8,也就是3.125。到了公元前250年左右,阿基米德给出了“圆周率”的估计值在223/71-22/7之间,也即是在3.140845-3.142857之间。

阿基米德

中国南北朝时期的著名数学家祖冲之首次将“圆周率”精算到小数点后第七位,即在3.1415926和3.1415927之间,他提出的“密率与约率”对数学的研究有重大贡献。直到15世纪,阿拉伯数学家阿尔·卡西才以“精确到小数点后17位”打破了这一纪录。

祖冲之

代表“圆周率”的字母π是第十六个希腊字母的小写,也是希腊语 περιφρεια(表示周边,地域,圆周)的首字母。1706年英国数学家威廉·琼斯最先使用“π”来表示圆周率。1736年,瑞士数学家欧拉也开始用π表示圆周率。从此,π便成了圆周率的代名词。

欧拉

说完了π是什么,我们再来说说它是怎么来的。说到这里,就不得不提起伟大的阿基米德了,他提出了一个用圆内接正多边形和外切正多边形的周长来计算圆周长的方法,从而推导出了π的近似值。当这个正多边形是正方形的时候,π的值在2.8-4之间,误差特别大,但是请不要着急。

当这个正多边形的边越来越多时,π的近视值的精度也就越来越高了。阿基米德的成就是算到了正96边形,得到了π值的范围是223/71-22/7,计算精度99.9%。要知道这是在2000多年前的古希腊,这个数字已经足以傲视群雄了。

又过了600多年,一位来自东方的数学家祖冲之发现了一个神秘的数字:355/113,它的精度达到了惊人的99.99999%,祖冲之同时给出了两个分数:密率:355/113,约率:22/7,顾名思义密率精度高,约率的精度稍低一些。

密率355/113是一个很好的分数近似值,因为至少要取到52163/16604才能够比密率的精度更高一点,但这样的分数就显得不太实用了。

寻找π的过程就是这样神奇,一开始它的模型看起来很“粗糙”,随着边数的增多,边长的细化,计算结果越发逼近理想值,其实这就是“微积分”思想的雏形。而且有意思的是,微积分的出现最后又导致了很多更好的计算π的公式的出现。

π

现在圆周率的计算早已经到达了小数点后10万亿位,但是对于一般的计算来说,到小数点后十多位就够用了。如果以39位精度的圆周率值来计算宇宙的大小,误差还不到一个原子的体积。

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