π 圆周率的起源-国际圆周率日快乐! (π day) 01

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介绍

论到3月14号你会想到什么? 许多人第一个想法或许是白色情人节,答案没错,但是你知道吗? 3月14号不仅是一年一度的白色情人节,更是「国际圆周率日」。数学家将这天订为「π day (pi day)」就是为了纪念这天日期近似圆周率的质而来的。除此,许多知名品牌与平台纷纷寄出了优惠,甚至还有背出越长的圆周率就有越高优惠的活动,吸引大批消费者在这天尽情采购。

π是什么呢? 说道π,它是一个无理数,代表π不能用分数完全表示出来,亦即它的小数部分是一个无限不循环小数。早在远古时期,π的概念已在人类文明中悄悄形成。

实验时期

在远古时期π已经被估算到前两位,也就是3和1这两个数字,甚至有传说古埃及人已经懂得用七分之二十二(约等于3.143),或九分之十六的平方(约等于3.1605)作为圆周率的大概数。而在古巴比伦时期,人们也推出了π大约等于八分之二十五(等于3.125)。

几何法时期

几何法时期随着时代的演进,数学的发展有更进步与完善的系统,这个时期就又叫作「几何法时期」。此时人们已经知道要怎么把图形切割,来计算近似值。这个时期最著名的人物就是希腊的数学家阿基米德,以及中国的数学家祖冲之。

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阿基米德在一个圆型内外做相切的六边形,并计算外切正六边形及内接正六边形的边长,以此计算圆周长的上下限,之后再将六边形变成十二边形,一直计算到正九十六边形为止。阿基米德发现π介于3.1408与3.1429之间。

中国的祖冲之也利用割圆术来计算12,288形的边长,将圆周率计算到小数点后7位数字,得到π的值在3.1415926和3.1415927之间。其实至此π已经有很接近的计算。

无穷级数

16世纪及17世纪时,π的计算开始改用无穷级数的计算方式。简而言之,就是利用数列收敛的性质更精确地计算圆周率。此数列能无限接近但无法达到目标数值,也就是数学家一直想计算的π。

电脑时期

随科技进步,计算机得研发加速了数学的进程。其中,著名的有迭代演算法。迭代演算法是在1970年代发展出的。迭代顾名思义会重覆一个特定的计算函数回圈,方法是将前一次的计算结果作为下一次的初始值,并套入计算,使得计算结果渐渐的趋近所要找的值。

迭代演算法因为收敛速度比无穷级数快,且迭代每多一次计算,正确的位数会呈几何级数增长,因此被广泛应用。下图是其中一种迭代演算法,供大家参考,不过复杂的过程与假设在这里就不多做解释了。

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其他

其实π一直充斥在我们生活当中,下面跟大家分享一个跟π相关的物理现象,有兴趣的朋友可以点阅下面连结:

参考资料:

  1. 数学史 🔗
  2. Youtube频道: 3Blue1Brown 🔗
  3. 封面图片取自pixabay 🔗

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