圓周率π的發展歷史,人類為何對它如此痴迷?

2020-12-15 芝士分解

說起圓周率π相信大家都不陌生,從小學和初中時期起我們就開始接觸它了,現在我們都知道圓的周長與直徑之比是π≈3.14,知道它是一個無理數,也是一個超越數。

其實,人們對於圓周率π的理解經歷了一個相當漫長的過程,從π的出現到確定它是無理數,人類花了近4千年的時間。最早關於圓周率的歷史記錄可以追溯到約公元前20世紀,一塊古巴比倫石匾清楚地記載了圓周率π=25/8=3.125。同一時期的古埃及文物,萊因德數學紙草書也表明圓周率等於分數16/9的平方,約等於3.1605,埃及人似乎在更早的時候就知道圓周率了。

英國作家 John Taylor (1781–1864) 在其名著《金字塔》(《The Great Pyramid: Why was it built, and who built it?》)中指出,造於公元前2500年左右的胡夫金字塔和圓周率有關。例如,金字塔的周長和高度之比等於圓周率的兩倍,正好等於圓的周長和半徑之比。公元前800至600年成文的古印度宗教巨著《百道梵書》也顯示了圓周率等於分數339/108,約等於3.139。

金字塔與圓周率π

一直到公元前3世紀,古希臘著名數學家、物理學家阿基米德才將圓周率正確地計算到小數點後3位。此後經過五百多年的時間,人們才將π值從3.141推進到3.14159(魏晉時期中國數學家劉徽)。又過了兩百多年,南北朝時期的數學家祖衝之用盈朒兩數表示圓周率的數值在3.1415926和3.1415927之間,將π的精度計算到小數點後7位,並且在之後的800多年裡祖衝之計算出的π值都是準確的。

一直到15世紀初阿拉伯數學家卡西求得圓周率17位精確小數值,打破祖衝之保持近千年的紀錄。德國數學家魯道夫·范·科伊倫於1596年將π值算到20位小數值,後投入畢生精力,於1610年算到小數後35位數,該數值被用他的名字稱為魯道夫數。

此後,圓周率π的計算從幾何法時期進入到分析法時期。這一時期人們開始利用無窮級數或無窮連乘積求π,擺脫可割圓術的繁複計算。無窮乘積式、無窮連分數、無窮級數等各種π值表達式紛紛出現,使得π值計算精度迅速增加。第一個快速算法由英國數學家梅欽提出,1706年梅欽計算π值突破100位小數大關,他利用了如下公式:

其中arctan x可由泰勒級數算出,類似的方法稱為「梅欽類公式」。 斯洛維尼亞數學家Jurij Vega於1789年得出π的小數點後140位,其中只有137位是正確的,這個世界紀錄維持了五十年。到1948年英國的弗格森和美國的倫奇共同發表了π的808位小數值,成為人工計算圓周率值的最高紀錄。

再後來,電子計算機的出現使π值的計算有了突飛猛進的發展。1949年,美國製造的世上首臺計算機—ENIAC(電子數字積分計算機)在阿伯丁試驗場啟用了。次年,裡特韋斯納、馮紐曼和梅卓普利斯利用這部電腦,計算出π的2037個小數位,這部電腦只用了70小時就完成了這項工作。

五年後,IBM NORC(海軍兵器研究計算機)只用了13分鐘,就算出π的3089個小數位。科技不斷進步,電腦的運算速度也越來越快,在60年代至70年代,隨著美、英、法的電腦科學家不斷地進行電腦上的競爭,π的值也越來越精確。在1973年,Jean Guilloud和Martin Bouyer以電腦CDC 7600發現了π的第一百萬個小數位。

世界上第一臺計算機ENIAC

1989年美國哥倫比亞大學研究人員計算出π值小數點後4.8億位數,後又繼續算到小數點後10.1億位數。2010年1月,法國工程師法布裡斯·貝拉將圓周率算到小數點後2萬7千億位。2010年8月,日本計算機奇才近藤茂利用家用計算機和雲計算相結合,計算出圓周率到小數點後5萬億位。一年後,近藤茂又刷新了之前5萬億位的記錄,將圓周率計算到了小數點後10萬億位。

去年圓周率日(3月14日),谷歌工程師Emma Iwao 利用谷歌運算引擎計算出精確度達31.4萬億位的圓周率。而有人可能也會不禁發問了,人類對圓周率π如此痴迷,如今已計算到了小數點後30多萬億位,那它到底有什麼實際作用?

除了我們熟知的圓周率π用來解決圓、球體等幾何問題,其實在其他方面也有不少的應用。比如天文學中關於宇宙可觀測範圍的計算,只要精確到小數點後39位,誤差就不會超過一個原子的體積;又如在計算機信息加密領域,重要的文件資料利用圓周率完全隨機的數字對數據加密,被破解的機率微乎其微;再如測試計算機的性能,π對於計算機來說就像是一把標尺,計算π的數值越精確,計算機的性能就越強。除此之外,它在三角函數、微積分、交流電、無線電傳播計算等多個領域都有著重要的應用。

也有的科學家認為圓周率是宇宙的代碼,它無限不規律的特性和宇宙極為相似,如果能計算出π的數值,人類就能夠揭開宇宙真正的奧秘。

其實到了現在,圓周率算到後面具體是什麼數字已經不重要了,重要的是,小小的一個π,在人類文明發展史中引領著我們不斷探索的步伐,甚至可以說,它反映著人類工具、思想和智慧的進化,更多的是一種不斷思考和不斷追求的精神!

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    換句話說,π 就是把圓的直徑擴張成其周長所需要的倍數。▌3因為人們不可能知道 π 的精確值,所以也永遠無法測量出一個圓的周長或面積的真正數值結果。π 是一個無理數,這意味著它的數字被認為是隨機的順序排列(至今未能證明)。
  • 為什麼科學家一直對圓周率「π」念念不忘?
    相信大家在上數學課時,老師一定給我們講過,「π」這個神奇的字母代表的含義,也就是圓周率,在我們進行計算時,圓周率可以起到很大的作用,但是,我們都知道圓周率是除不盡的,在小數點後有無數位數字存在著,我們通過圓周率計算出的數據都不是準確的,但是我們還在不斷的利用計算機和推算,圓周率的盡頭這又是為什麼呢
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    早在公元之前,人類就發現了一個神奇的數字,那就是圓周率π。Π是在數學和物理學中普遍存在的一個常數,是計算圓的面積和周長必不可缺的一個常數。為什麼說π是一個神奇的數字呢?首先,π是一個無限不循環小數,它是一個永遠算不盡的數字。
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    眾所周知,中國是現存的唯一一個文明古國,歷史非常悠久,還擁有著很深刻的文化底蘊,雖然在中國古代各方面都很落後,但古人的智慧卻是不容小覷的,很多現在生活中常用的都是我們祖先發明出來的,還有響徹世界的四大發明等等,但今天小編要跟大家聊聊世界歷史上比較有深度的一個問題,那就是第一個無理數π如果算盡了,會怎樣呢?
  • 圓周率已被算到31.4萬億位,科學家為何如此執著?答案很意外
    引言:在很多人看來,圓周率π只是一個普通的數學符號,它的作用僅僅是解決一些幾何問題的計算。但如果你有了解過這個符號的話,就會發現它其實並沒有那麼簡單,為什麼這麼說呢?因為它的小數位是算不盡的,但人類一直在竭盡全力計算。在眾多數學符號中,有一個符號很多朋友在中學階段就已經接觸過了,而且它經常被用來計算一些幾何問題,它就是π。
  • 圓周率已被算到31.4萬億位, 科學家為何如此執著? 答案很意外
    π只是一個普通的數學符號,它的作用僅僅是解決一些幾何問題的計算。有的朋友可能在更早的時候就已經接觸過π了,那時候大家都以能背π後面的小數位為驕傲,誰背得出更多的小數位就說明誰的記憶力更強。等到長大之後我們逐漸明白,π的小數位是永遠背不完的,因為它是無限不循環小數,人類目前還沒有算盡這個數。
  • 圓周率已被算到31.4萬億位,科學家為何如此執著?專家告訴你真相
    隨著人類科技文明的發展,人們在對未知領域探索上也取得了相應的成果,這個世界的萬物都是必然性的,所以掌握了一些領域方面的技巧,就能夠創造出更多的新領域,這其中就要提起人類對數據結構形成的圓周率了,這是一種被科學認定為是算不盡的「代名詞」,更是人類對未知領域探索的一種永不止步的精神力量。
  • 追尋蘊藏在圓周率 π 之中的無限美麗
    見如此場景,芬奇先生自己給出了答案,他說:「π 是圓的周長與直徑之比,3.141592635 僅僅只是這個比值的前幾位,它本身是一個無限不循環小數,小數點後有無限個數位,並且永不重複;你的出生日期,儲物櫃的密碼,你的社會保險號碼等等都在這個數字串的某一處。
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    π日始於1988年的舊金山,當時該市探險館的傳奇技術館長拉裡·肖看到了3月14日和圓周率之間的聯繫。再加上3月14日是愛因斯坦的生日(最詭異的是3月14日也是霍金的忌日),於是人們就把這一天定為節日。圓周率看起來似乎很簡單:它是圓周長與直徑之比。然而,在表面之下,它什麼也不是。
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    在所有的幾何圖形中,圓是我們人類最早認識的幾何圖形之一,在這個簡單而美麗的幾何圖形中卻包含著一個神秘的數值,那就是圓周率π。圓周率指的就是圓的周長與其直徑的比值,通常以「π」來表示。直到1573年,德國數學家奧託才重新得到355/113這個分數值,祖衝之為數學的發展做出了傑出的貢獻,人們為了紀念他,便特意將355/113命名為「祖率」。在西方,對圓周率的研究主要建立在阿基米德的研究成果之上。若干年來,許多數學家經過艱苦計算,越來越精確地確定了圓周率的數值。
  • 圓周率π為什麼會引起數學家的重視?如今已將它算到30多萬億位
    例如數學中存在一個我們從小學開始就接觸的數,圓周率π。說到圓周率π,相信很多朋友都能夠背到小數點後七八位,而且很多家長以小孩子能夠背得越多π的小數位為傲。而那些背不得那麼多小數位的人一般就會這麼想,為什麼要花那麼多時間去背這麼多位呢?有什麼用呢?
  • 圓周率π,不得不說的一個數
    圓周率與圓周率的計算+圓周率簡介圓周率π(Ratio of circumference to diameter;Pi)是圓的周長與直徑的比值,一般用希臘字母π表示,是一個在數學及物理學中普遍存在的數學常數。π也等於圓形之面積與半徑平方之比。
  • 走進圓周率,π這個神秘數字,或許隱藏著一個終極密碼
    圓周率用π表示,是一個常數(約等於3.141592654),是代表圓周長和直徑的比值。我們上學的時候,都知道它是一個無理數,也就是無限不循環的小數。在日常生活中,通常都用3.14代表圓周率去進行近似計算。而用十位小數3.141592654便足以應付一般計算。
  • 今天是人類歷史上的大日子:π節!
    根據π設計的自行車和蛋糕圖案圓周率日通常在下午1時59分慶祝,以象徵圓周率的六位近似值3.14159,有時甚至精確到26秒,以象徵圓周率的八位近似值3.1415926。π的數值並不大,只比3大一點點,但是它的小數點展開卻是無限的:3.14159265358979……
  • 百度百科「圓周率日」 知識分子的狂歡「π」對
    3月14日,百度百科在線上線下發起了中國首個「圓周率日」活動,以科普動畫、趣味遊戲等新穎形式,向普羅大眾揭示了數字「π」背後的奧秘。據官方數據統計,PC和無線端聯動,僅在3月14日當天,就有上百萬網民爭相湧入,一起探索「圓周率日」的奧秘。
  • 圓周率算下去到底有什麼意義?科學家:對人類發展有重要幫助!
    而今天,小編要給大家介紹的就是數學中的一種,圓周率π,對於π相信很多小夥伴都不會陌生吧!它是任意一個圓周長和直徑的比值,同時它也是我們接觸的第一個無理數,約等於3.14,它沒有極限值,可以無限循環下去!實際上,圓周率的歷史非常悠久,早在古希臘時期,圓周率就開始被人們應用,而直到如今,儘管人們已經將圓周率計算到了10萬億為數,但人們對於圓周率的計算依然沒有停止。對此很多網友都表示很疑惑,圓周率算下去到底有什麼意義?科學家:對人類發展有重要幫助!
  • 匪夷所思的事實:圓周率π竟是一個變量!
    圓周率π每個人都能背上幾位數,山巔一寺一壺酒(3.14159…),它太重要了,幾乎在數學、物理的每一個角落都能找到。圓周率π是一個無理數,因此3.14159…小數點後面的數字是無限不循環的,也可以認為它們的出現是「隨機」的。
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