人類對圓周率的探索歷程

2020-12-25 大施兄科普

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。古人關於這個比值的看法莫衷一是:古埃及人認為,這個比值應該是3.16,古印度人認為是10,而古羅馬人則認為是3.12……公元前3世紀時,古希臘著名數學家阿基米德第一個研究圓周率。

首先,他畫了一個內接於圓的正三角形,然後又畫了一個外切於圓的正三角形。眾所周知,正多邊形的邊數越多,其周長就越接近於圓的周長,為此他不斷地增加多邊形的邊數。當阿基米德將正多邊形的邊數增加到96時,這樣就得出正的近似值為22/7,取其值為3.14,這樣將π值精確到小數點後2位,是世界上首次計算出來的圓周率值。為紀念阿基米德的這一偉大貢獻,人們將3.14叫做「阿基米德數」。

在我國最早的幾部數學著作中,凡涉及到圓周率的時候,一概採用了「徑一周三」的方法,即認為圓的周長是直徑的3倍,相當於π等於3。這一圓周率的數值是非常粗糙的,後人遂將其稱為「古率」。公元3世紀時,我國數學家劉徽創造性地提出了「割圓術」,開啟了我國古代圓周率研究史上的一個新紀元。

劉徽最後計算出π的近似值為3927/1250,相當於取π等於3.141 6。這個π的近似值在當時的世界上是處於絕對領先地位的,後人稱其為「徽率」。劉徽之後200多年,我國著名數學家祖衝之立足於前人的研究成果,更進一步,從圓內接正六邊形算起,一直算到圓內接正24567邊形。

為了完成這項複雜的計算工程,並力求做到計算準確,祖衝之對至少9位數字反覆進行了多達130次以上的運算,其中的開方運算和乘方運算就有近50次之多,有效數字多達18位,第一次將π值精確到了小數點後6位,並確定出圓周率值在3.141592 6和3.141592 7之間。中國南朝數學家祖衝之將圓周率精確到小數點後7位。他還創立「約率」和「密率」2個相當精確的分數來表示圓周率。

祖衝之用「約率」22/7和「密率」355/113這2個分數來表示圓周率。其中,分子、分母在1000以內時,祖衝之用「密率」來表示圓周率。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。1596年,德國數學家魯道夫將π的精確值推進到小數點後15位,從而創造了圓周率研究史上的一個奇蹟。然而他並未就此罷手,後來又把π值精確到小數點後的35位。

魯道夫差不多將其生命都投入到了對圓周率的計算當中。魯道夫去世後,人們為了紀念他,便將他嘔心瀝血算出的這一π值稱為「魯道夫數」,並銘刻在他的墓碑上。1767年,德國數學家蘭伯特提出「π是無理數」的假想,並對其進行了研究證明。他明確指出:π的小數部分一定是無限而又不循環的,這從理論上宣告了徹底解決π的精確值問題的所有努力的破產。然而人們的積極性並未因蘭伯特的斷言而受到影響,反而更加熱衷於對π的計算。1841年,英國的盧瑟福將π算到小數點後208位,其中正確的有152位。9年之後,他又重新計算π值,將π值推進到了小數點後第400位。

英國學者威廉·欣克採用無窮級數的方法,耗盡30年心血,終於在1873年將π算到小數點後的707位,這是在電子計算機問世之前人類計算π值的最高歷史記錄。頗具戲劇性的是,76年後有人卻發現欣克的π值因計算疏漏,將第528位小數5寫成了4。這就意味著他後面的計算結果全部作廢。改寫這一歷史的是美國的幾個年輕人。1949年,世界上第一臺計算機問世,這幾個小夥子用它來計算π值,把π的值計算到小數點後的2037位。

從此以後,由於計算機技術的飛速發展,在先進的計算手段的輔助下,人們求出了更加精確的圓周率。1984年,日本的計算機專家在超級電子計算機上將π值算到了1000萬位小數,它成為當今世界上最精確的圓周率。據說,目前人類已經可以將π值計算到2.013 2億位小數。

相關焦點

  • 圓周率π的計算曆程
    作為一個非常重要的常數,圓周率最早是出於解決有關圓的計算問題。僅憑這一點,求出它的儘量準確的近似值,就是一個極其迫切的問題了。事實也是如此,幾千年來作為數學家們的奮鬥目標,古今中外一代一代的數學家為此獻出了自己的智慧和勞動。回顧歷史,人類對 π 的認識過程,反映了數學和計算技術發展情形的一個側面。 π 的研究,在一定程度上反映這個地區或時代的數學水平。
  • 人類一直在想辦法計算圓周率,如果圓周率算完了會改變數學嗎?
    人類一直在想辦法計算圓周率,如果圓周率算完了會改變數學嗎?圓周率是數學課上經常運用到的一個常數,我們在上數學課的時候,老師就會告訴我們圓周率屬於無線不循環小數,也就是說圓周率後面的小數點是一直無限延伸下去的,而且數字沒有規律,所以也叫做無限無限不循環小數,當今數學界也是一直遵守著這個原則,例如計算圓周長、圓面積、球體積時都離不開圓周率π,為此我們也都深信不疑,不過總有人覺得圓周率可以被算到盡頭,於是一場計算圓周率的大賽就開始了
  • 漫談圓周率的發展歷程
    圓的周長和其直徑的比值即圓周率等於3)的中國人。西漢末年,劉歆製造了圓柱形標準量器「律嘉量斛」。該量器外壁正面有81個字的銘文。根據銘文中記載的直徑、深度和容積的數值,可以推算出當時所用圓周率π=3.1547,比《周髀算經》的「圓徑一而周三」前進了一步。  張衡(78-139)是第一個從理論上求得圓周率的中國科學家。
  • 人類已將圓周率計算到31.4萬億位,為何還要繼續計算,有意義嗎?
    目前人類已經能夠將圓周率計算到它的31.4萬億位了。不過很多人都對圓周率持續計算下去的這一問題,抱有很大的看法。以現有的圓周率已經可以來計算圓的周長、圓的面積、體積等等關鍵的數值了。那麼持續將它計算下去,到底有什麼樣的意義呢?難道不是過於的吹毛求疵了嗎?將圓周率計算下去,人類又能得到什麼樣的利處呢?
  • 人類的超級計算機一直算圓周率!這樣的意義何在呢?漲知識了
    人類的超級計算機一直算圓周率!這樣的意義何在呢?漲知識了圓周率是我們從小在學數學的時候,課本上有的,記得當時老師還要求背誦圓周率後面的二十位,真的是印象深刻,是接觸的第一個無線不循環小數。到現在小編都想問,難道圓周率真的如課本上說的一樣算不盡嗎?會不會有一天算出來了呢?人類的超級計算機一直算圓周率!這樣的意義何在呢?漲知識了隨著時間的流逝,科學的進步,我們很多時候都感覺國內科學水平是發展迅速的,但是對圓周率還是沒辦法,就算電腦有很多的數據作為資源,還是沒有解開圓周率的能力。
  • 如果圓周率「π」被算盡了,人類會有什麼變化?後果難以去評估
    如果圓周率「π」被算盡了,人類會有什麼變化?後果難以去評估對於圓周率「π」的精確,人類已經探索了上千年,從古希臘數學家阿基米德開始講圓周率精確到3.141851,再到公元263年,中國古代數學家劉徽用割圓術計算得出圓周率是3.141024,直至祖衝之又精確到小數點後面的第7位數字,這期間所有的先人都在為一個數字而瘋狂探尋,似乎總覺得圓周率不是一個無線不循環小數,於是後人依舊瘋狂,從德國數學家算到小數點後面的第
  • 人類文明被推翻?圓周率被算盡之後真的會發生這樣的事嗎?
    圓周率這一概念是我們在小學的時候就已經知道的,我們也具體知道它是一個無理數,早在幾世紀之前,就已經有人為算圓周率而窮盡頭腦,我國的祖衝之就是因為算圓周率而青史留名,那麼圓周率到底有什麼作用?準確的說,不斷的精準圓周率有助於各種距離的測量,比如說只要圓周率算到了40位,在計算地球的長度的時候,最終與實際距離只相差一米左右。而有了相對於精準的距離,對於人類去探索宇宙以及更多的奧秘有著十分重要的作用。那麼另一個問題出現了,如果圓周率被算盡,會出現什麼樣的結果?
  • 如果圓周率能被算盡,人類文明將會提升一個級別
    圓周率相信大家都特別的熟悉,當我們上小學的時候,書本裡就已經出現圓周率這個數值了。而後面的書本還對圓周率有著詳細的介紹,介紹圓周率是我國古代著名人物祖衝之發明的,祖衝之在研究圓周率時,經過不斷的計算,最終把圓周率計算到了前面的七位,也就是3.1415926。
  • 圓周率π的計算曆程及各種腦洞大開的估計方法
    作為一個非常重要的常數,圓周率最早是出於解決有關圓的計算問題。僅憑這一點,求出它的儘量準確的近似值,就是一個極其迫切的問題了。回顧歷史,人類對 π 的認識過程,反映了數學和計算技術發展情形的一個側面。 π 的研究,在一定程度上反映這個地區或時代的數學水平。為求得圓周率的值,人類走過了漫長而曲折的道路,它的歷史是饒有趣味的。我們可以將這一計算曆程分為幾個階段。
  • 人類能將「圓周率」算盡嗎?現已算到小數點後10萬億位了!
    關於「圓周率」想必大家都不陌生,一般從小學的五六年級的時候,老師就給我們介紹過它的存在了。甚至跟人類文明的逐步升級也是息息相關的。提到圓周率的發現,必須要著重了解一下咱們中國古代的天文學家「祖衝之」了,他可謂是一個牛人,在西方還什麼都不知道的情況下,他運用中國古代數學家「劉徽」發明的割圓術理論,計算出了圓周率小數點後七位數,而這個成就西方是在一千多年後才做到的。
  • 圓周率探索創下10萬億位紀錄
    【英國《新科學家》網站10月19日報導】題:圓周率探索大行動創下10萬億位紀錄兩位圓周率狂熱愛好者計算出這一數學常數迄今為止最長的位數,突破小數點後第10萬億位。
  • 圓周率為什麼是無限的 圓周率是怎樣算出來的?
    圓周率為什麼是無限的 圓周率是怎樣算出來的?時間:2017-05-06 16:50   來源:360問答   責任編輯:沫朵 川北在線核心提示:原標題:圓周率為什麼是無限的 圓周率是怎樣算出來的?圓可能是自然界中最常見的圖形了,人們很早就注意到,圓的周長與直徑之比是個常數,這個常數就是圓周率,現在通常記為,它是最重要的數學常數之一。 關於最早的文字記載來自公元前2000年前後的古巴比倫人,它們認        原標題:圓周率為什麼是無限的 圓周率是怎樣算出來的?
  • 人類將圓周率算到了第幾位?你一定意想不到
    π在人類研究幾何圖形的過程中,有一個圖形是人類認識最早也是人類研究最久的,它就是圓。經過不懈的努力,他將正多邊形增加到了96邊,最終得出圓周率近似為22/7,約為3.14。通過阿基米德的計算,人類第一次將圓周率的指精確到小數點後兩位,這是當時世界上圓周率最精確的值,為了紀念阿基米德,人們把3.14叫做阿基米德數。
  • 人類有一天會將圓周率算盡嗎?聽完專家的解釋明白了
    後來又有數學家在不斷計算圓周率,小數點後面的位數也越來越少,但始終無法知道圓周率的極限值在哪裡,不知有多少數學家想一探圓周率的真身,一生都在為算盡圓周率而努力,可惜他們都失敗了。後來計算機的出現為數學家算圓周率提供了巨大的幫助,人類在計算機的幫助下,現在已經可以將圓周率的小數點後的位數算到2936萬位,如此長的數字依然遠遠沒有看到圓周率的終點在哪裡。
  • 廣西科技館圓周率線上主題科普之十一:圓周率日的故事
    各位大朋友小朋友們,這段時間以來,我們一起「見證」了圓周率的發展歷程,也聆聽了數學家們不懈探索圓周率的故事。
  • 圓周率是算不盡的無理數,假如哪天它算盡了,對人類意味著什麼?
    我們甚至可以說,數學是人類迄今為止掌握的離「真理」最近的一門學科,數學的基礎理論一旦坍塌,人類掌握的很多知識都將顛覆,比如說圓周率的推算。 與此同時圓周率也是數學界公認的一個無理數,和無限不循環小數。也就是說周周率是永遠推算不完的,這也正是圓周率令無數數學家感到痴迷的地方。 儘管在一般的運算中,小數點後九位數3.141592653便足以應付,但歷代的數學家和科學家們依舊孜孜不倦的推算著圓周率的極限。
  • 如果圓周率被算到盡頭,會發生什麼?科學家:將是人類承受不了的
    文/行走天涯如果圓周率被算到盡頭,會發生什麼?科學家:將是人類承受不了的在數學,科學,物理學的領域中,有一個數字起到了非常重要的作用。它就是圓周率率π了。自從科學家發現到圓周率,就一直在不間斷地計算圓周率小數點後的位數。相比較曾經的數學家,科學家用筆來計算,如今人類早就可以用計算機來計算了。但哪怕如此,圓周率的具體的數值一直都沒有被破解。那圓周率究竟是什麼呢?為什麼圓周率小數點後的位數,已經計算到了30萬億位?科學家們還是沒有停下。只因為圓周率確實是一個非常神奇的數字。
  • 為什麼超級計算機還在「沒日沒夜」的計算圓周率?原因很簡單
    提起「圓周率」,相信大家張口就可以背出前面的幾位。在小學的時候,基本上大家就都知道圓周率是一個很長的數字。雖然它的計算公式非常簡單,但是現在的圓周率也依舊沒有被完整地算出來。在科技日益發達的今天,科學家們利用超級計算機仍然在「沒日沒夜」地計算圓周率,這是為什麼呢?
  • 圓周率真的可以找到生活中的各種數字組合?
    每一個科學家都知道數學的重要性,它是物種和化學的鼻祖,如果你想在物理學的探索道路上取得偉大的成就,那首先必須要有非常紮實深厚的數學成就。    如果你的數學不怎麼樣,即使你能夠成為一個物理學家,你的成就也非常有限,最多也就是一個著名的物理學家,而無法成為像愛因斯坦這樣的偉大物理學家。人類科學史上,每一個偉大的物理學家都有非常深厚的數學功底。
  • 圓周率中蘊含宇宙終極密碼?若算出結果,人類會怎麼樣?
    要知道圓周率是數學中非常常見的一個計算公式,我們公國圓周率就可以計算出圓的具體數值,而且圓周率自古就被發現了,距今1500年的中國南北朝著名的數學家祖衝之就發現了圓周率,可以說這是全世界人類中最早計算出圓周率的人,但是由於當時的數學水平不高,祖衝之只能精確到圓周率小數點幾位而已。