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  • 人类对π的探索
  • 作者:佚名
  • 发表日期:九月 29, 2007
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  • 编者导读:圆周率π,即圆周长与圆直径的比值是一个不团圆的大小而变的常数.π的精确值到底是多少,自古以来不知有多少数学大师对它进行艰苦的探索.这个漫长的探索历程大致可分为三个阶段——古典方法阶段、近代方法阶段、计算机算法阶段. 我国最早的数学典籍《周髀算经》(大约成书于公元前100年的西汉时期)上已有“周三径一”的记载,(即取π=3);公元一世纪初,刘歆取π=3.154;...
  • 圆周率π,即圆周长与圆直径的比值是一个不团圆的大小而变的常数.π的精确值到底是多少,自古以来不知有多少数学大师对它进行艰苦的探索.这个漫长的探索历程大致可

    分为三个阶段——古典方法阶段、近代方法阶段、计算机算法阶段.


    我国最早的数学典籍《周髀算经》(大约成书于公元前100年的西汉时期)上已有“周三径一”的记载,(即取π=3);公元一世纪初,刘歆取π=3.154;东汉张衡(公元78一139)取π=3.1466,又取                  

    这是世界上最早使用这个简便易记数值的记录.直至500多年后,印度数学家婆什迦罗(公元598-660)才提出而.以上这些早使用这个简便易记数值的记录.直至500多年后,


    学家婆什迹罗(公元598—660)才提出 

    以数值都是在经验基础上估算的结果,还缺乏坚实的理论基础.


    最早在科学理论基础上推算π值的大概是希腊数学家、物理学家阿基米德(公元前287一前212),他取得的结果是


     


        我国魏晋之际的杰出数学家刘徽创立了割圆术,为计算圆周率和圆面积建立了相当严密的理论和完善的算法.其主要内容是:

        (1)圆内接正六边形的边长=半径;

    (2)利用勾股定理从圆内接正n边形的边长求出正2n边形边长,得出“倍边公式”。


     

     


    (3)圆面积S跟圆内接正n边形、正Zn边形的面积SnS2n之间满足不等式S2n<S<S2n十(S2n一Sn)

    (4)圆内接正多边形的边数无限增加时,它的周长的极限是圆周长,它的面积的极限是圆面积(用刘徽的话说是:“割之弥细,所失弥少,割之又割,以至于不可割,则与圆合

    体而无所失矣”).

        刘徽就这样从圆内接正六边形起逐步倍增边数,经过艰苦而繁重的推算,一直算到正   192(6X25)边形,得。π=3.14124又继续求到正3072(6Ⅹ29))边形,得到更精确的值:π=3.14116这个结果当时在世界上是先进的.更可贵的是他创立的割圆术,含有极限观念,为圆周率的研究工作奠定了坚实可靠的理论基础,在数学史上占有十分重要的地位.

    南北朝时我国伟大的数学家祖冲之(429—500)发展了刘徽的方法.他从圆内接正六边形算起,一直算到圆内接正24576(6Ⅹ212)边形,最后求得:

    (1)3.1415926<π<3.1415927

    (2)


     


    祖冲之的伟大贡献使中国对π的计算在世界上领先一千年,它标志着中国古代高度发展的科学水平.


     

     



    这个简单美观的分数惊人精密地接近于π,准确到六位小数.有趣的是在分母小于113的所有分数中没有一个分数比

    更接近于π。祖冲之在那么早的年代得出π的这样理想的近似值,实在是不简单的事.在国外,直到1573年,德国人奥托才发现这个分数.自从我国古代灿烂的科学文化逐渐得到世界公认以后,有人建议把。


    为“祖率”,以纪念祖冲之的杰出贡献

    十七世纪以前,各国对π的研究工作仍限于利用圆内接和外切正多边形来进行.约在公元150年,希腊数学家波托雷梅计算得π=3.1416.  1427年,伊朗数学家阿尔·卡西计算圆内接与外切正3×228边形,把π精确计算到小数 16位,从而打破祖冲之保持干年的记录.1596年,德国数学家鲁道夫(1540~1610)计算出π的35位小数.他去世后,人们把他算出的π的数值雕刻在他的墓碑上,永远纪念着他的贡献.块墓碑也标志着研究π的一个历史阶段的基本结束.到1630年,格林贝格计算π至39位小数,这便是用古典方法去计算π的最后尝试.若不改进方法,另辟蹊径,要取得新的进展几乎是不可能的了.

        十七世纪以后,随着解析几何和微积分的出现,人们便随着解析几何和微积分的出现利用级数来求π值。π的研究工作,呈现出“柳暗花明又一村”的景象,其精确小数的位数不断增加.1709年达100位,1844年达200位,1854年达400位;1874年英国数学家山克司(1812—1882)经过15年推算后宣布π的 707位结果;1948年曼彻斯特大学的费林生和华盛顿的雷恩奇联合发表π的808位的精确数字,并发现山克司的数字从528位之后算错了.他们保持了手工计算π值的世界最高记录.此后。再没了有人用手算与他们较量了.”

    电子计算机问世以后,机算π值所得到的小数位数急剧增长.1949年算到小数2036位;1955年突破一万位;1961年突破10万位;1967年突破50万位;1973年法国女数学家吉劳德和波叶机算π值达小数点后100万位;之后,美国的道纳德获得小数点后150万位的π值.

        π的精确值的小数位数的天文数字般地增长,尽管在生产上不见得有什么直接的用处,但在科学上是有意义的,而科学上具有价值的成果其意义迟早也会在生产上显示出来.现在就常用π的精确小数位数来检测电子计算机的性能水平

    π是无理数,即无限不循环小数π,还是“超超数”,即不能表成任何有限次整系数方程的根的数,因此,π不仅不能用有限小数表示,而且也不能用对有理数施行有限重的根式运算来表示.人类对π的探索将是永无止境的.


  • 【引用地址】http://www.suanshu.net/test.aspx
  • 【关键字】人类对π的探索
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