圆周率计算公式(人类对圆周率的认识)
早在远古时代,人类就认识到圆周长与圆半径的比值是一个常数,我国古代思想家墨翟在公元前四百年就指出:"小圆之圆与大圆之圆同"。古代巴比伦和到《九章算术》为止的中国数学,实际上都使用π=3.古埃及(公元前1700年左右)实际上取π=3.1605.
人类对圆周率的认识史上,第一次提出圆周率的科学计算方法的是古希腊科学家阿基米得(公元前287~212年),他采用边数越来越多的圆内接和外切正多边形逼近圆,计算它们的周长,得到
公元三世纪时,我国数学家刘徽在证明圆面积等于半周乘半径的基础上,不断加多圆内接多边形的边数,借助公式
求出了π=157/50和π=3927/1250,
方法比阿基米得简捷。公元五世纪时,我国南朝数学家、天文学家祖冲之算出更精确的π值
3.1415926<π<3.1415927,
并以355/113为密率,这是分母在1000之内的最佳近似分数;一千一百年后,德国人奥托(1550~1605年)才重新得到这个值。
在近代,许多学者用无穷乘积或连分数来表示π值,较著名的结果有:十六世纪时,法国数学家韦达(1540~1603年)考察单位圆的内接正4、8、16边形,得到
十七世纪时,英国人沃利斯(1616~1703年)在《无穷算术》中把4/π表示为
英国皇家学会的第一任会长布龙克尔勋爵(1620~1684年)又把它表示成
十六世纪之后,关于无穷级数的研究很活跃,并被用来计算π值。如德国数学家莱布尼茨(1646~1716年)在1674年得到
英国数学、物理学、化学家牛顿(1642~1727年)在1676年得到
后一公式后来被我国蒙古族数学家明安图独立证明.欧拉(1707~1783年)证明了
等等公式。中国数学家项名达(1789~1850年)则求得
除了计算圆周率的更精确的值,人们对π的性质的认识越来越深入。欧拉在他发现的公式
中,令 x=π,得到
这一公式把数学中五个最重要的数0,1, e ,i,π联系起来了。
德国数学家兰伯特(1728~1777年)证明了π是无理数。法国数学家勒让德(1752~1833年)猜测π是超越数,德国数学家林德曼(1852~1939年)证明了这个猜测. π的应用已经深入到数学的许多领域,它不仅用来计算各种曲线形的面积,而且在函数变换,奇异积分,概率论,椭圆函数论以及非欧几何学中,都已发现了广泛的应用。
读后感
圆周率是圆的周长与直径的比值,一般用希腊字母π表示,是一个在数学及物理学中普遍存在的数学常数。π也等于圆形之面积与半径平方之比,是精确计算圆周长、圆面积、球体积等几何形状的关键值。在分析学里,π可以严格地定义为满足sinx=0的最小正实数x。
托勒密(90~168)在他的著作《至大论》(又称为《天文学大成》)中使用的π值为
这是一个加成分数,它的值介于约率和密率之间。
祖冲之的密率怎么得到的呢?数学史家钱宝琮认为密率也是加成分数
德国人奥托的密率是这样得到的
欧拉发现了最美的数学公式,再给大家介绍一个最丑陋的公式
有一个软件super π,就是用上面那个最丑公式计算π值,一般情况是算到小数点后100万位。
这个公式是印度数学家拉马努金1914年发现的。1987年波尔文兄弟发表了题为Θ函数的奇迹的论文,证明了拉马努金公式。
在这之后,对拉马努金公式进行优化,诞生了波尔文兄弟公式和楚德诺夫斯基公式。这些公式计算π值的效率高于拉马努金公式。
值得一提的还有BBP公式。
德国数学家林德曼证明了π是超越数,于是结束了尺规作图三大难题之化圆为方的争论。无理数分为代数数和超越数,尺规作图无法作出超越数,所以在尺规作图的限制下,化圆为方不可能。
了解更多请看下面的链接:
https://m.toutiao.com/is/ioPTyYQ/ - 拉马努金和他令人震惊的美妙公式 - 今日头条
https://m.toutiao.com/is/io5rCCw/ - 征服π的历程:拉马努金之前的圆周率计算公式 - 今日头条
需要指出的是,利用π的连分数表达式
π=[3;7,15,1,292,1,1,1,2,1,3,1,14,2,1...]可以得到π的一系列渐近分数
所以,祖冲之的密率在分母小于16604的分数中,是用有理数逼近无理数的,最接近π值的最佳逼近。
π和概率论也有密切关系,说来话长,就不展开了。