圓周率π是一個無限不循環的無理數,用它計算出來圓面積準確嗎?

2020-12-08 科技領航人

小學時對我們大多數人都灌輸了一件事,圓的面積是圓周率π乘以半徑的平方。只需知道圓的半徑,我們就可以計算出圓的面積。儘管看上去這似乎是小菜一碟,但我們忘記了一件事。π是一個無限不循環的無理數,因此,無論我們在計算圓的面積時考慮到多少位數的π,它都不可能真正精確。這個傳奇的無理數字包含的小數位比宇宙中的星星還要多,因此,如果您追求圓面積100%的準確性,似乎沒有足夠的數字。

π 是無理數,不是不精確

π是一個無限不循環的無理數。當我們說π是無限的時,我們打算說π具有無限的表達式,而不是無限的值。π是一個存在的實數,但是由於它具有一個永無止境的擴展,因此其十進位表示會變得棘手。之所以說所有這些,是因為我們要強調pi具有無限表達式但具有有限值的事實。這不是不準確,只是不合理。

您考慮的π位數越多,得到的答案越精確。這並不意味著使用 π使答案不準確;相反,它無限不循環只會給我們一個更精確的答案。

話雖這麼說,我們不能僅僅指責π的不斷擴展無法提供確切的答案,大千世界到處都存在誤差。

沒有什麼是精確的

我們永遠無法完全精確地知道任何事情。長度、質量、體積和其他數量只能達到一定的精度水平。即使在測量圓的半徑時,被測量的半徑也精度有限。因此,在計算一個圓的區域時,這種不確定性開始發揮作用,答案有一定的誤差。沒有什麼是不可能沒有誤差。所有事情都有一些誤差,所以這就是我們處理事情的方式。我們永遠不能百分之百地肯定我們的結果。

因此,不僅不可能確定圓區域的確切值,而且同樣不可能以 100% 的精度測量任何區域的面積。常規多邊形(如正方形和矩形)的面積涉及其邊長的測量,這不能免受誤差的影響。

此外,精確的含義是什麼?精確,例如零錯誤的事物,還是精確意義更精確的事物?我們永遠無法完全消除誤差,因此精確的值可能指的是更精確或誤差程度更低的值。

在確定圓的面積時減少不準確度的可行解決方案是考慮獲得有理數作為答案。這能對情況有任何幫助嗎?

以一個有理數作為面積可以給我們一個精確的答案嗎?

首先,當一個無理數的函數時,我們如何獲得一個有理數的面積?永遠記住,兩個有理數的產物總是有理數,而兩個無理數的產物可能是有理數,也可能不是無理數。

圓的面積是π倍半徑平方。在這裡,我們以半徑值為例,以便獲得一個有理數作為答案。

令r =√(x /yπ)其中x,y∈

因此,面積=π×[√(x /yπ)]

面積= x / y,其中x,y∈

因此,這裡的半徑似乎是一個無理數,這給了我們精確而合理的面積。話雖如此,我們可能沒有注意到的是,在這種情況下,半徑和π都是無理數,這讓我們回到了原點。儘管我們想要一個有理數的答案,但我們忽略了一個事實,即我們使用無理數來得出這個有理數答案。想像一下,必須用等於1/√π的值來度量半徑,聽起來像一場噩夢。

此外,有理數也可以是非終止的。因此,除非有理數有一個有限小數展開式,否則仍然不能使用有理數!

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  • 網友問:圓周率是無限不循環的,那麼圓的周長是確定的數嗎?
    圓周率雖然是無理數,但是圓周率始終是實數,任何一個實數在實軸上都是唯一確定的,在實數層面,無理數本質上與有理數並無區別,所以平面內固定半徑的圓周長也是唯一確定的。我們最初在遇到無理數時,有些人難以理解無理數,無理數在十進位中是無限不循環的,當然我們也可以證明,無理數在任何整數進位下都是無限不循環的,圓周率就是一個典型的無理數,圓周率的無理性在1761年首次被證明。
  • 明知圓周率是無限不循環小數,科學家還要不停的計算,這是為何?
    在我們上學的時候,就對圓周率有過深刻的了解,不過其中最神奇的一個事情就是圓周率π的存在,有了圓周率之後,我們算數學題也簡單了很多,不過圓周率是怎麼來的呢,其實也可以說是圓的周長除以直徑,得出來的數值也就是圓周率。
  • 圓周率乘以一個數能變成有理數嗎?
    在回答之前先介紹一下圓周率,圓周率名稱來自於圓周長與直徑之比,一般用π表示,圓周率為無限不循環小數它是一個無理數,所謂無理數就是沒有規律的數,比如它是個小數,但是它的位數是無限的,又是不循環的。所有無理數是寫不成n/m的分數形式的,其中m和n均為不為零的有理數。圓周率π還是個超越數,由於與本題無關,這裡不作介紹,有興趣的可以查閱有關資料。好了下面進入正題。先說答案:當然能了。舉幾個例子可以說明。比如說圓周率π乘以0就變成0了,0就是個有理數。再比如圓周率π乘以1/π就變成1了,1也是有理數。
  • 圓周率包含了宇宙間所有的數字組合嗎?計算它有什麼用?
    任何一個圓形周長和半徑的比值被稱為圓周率π,π是個無限不循環的無理數,約等於3.14。照理說,既然是無限不循環的數,只要一直算下去就能包含宇宙間所有數字信息的組合,包括所有人的身份證號碼,所有人的手機號碼,甚至將文學著作用數字編碼後,圓周率也能將其囊括,真的是這樣嗎?
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  • 用Scratch來計算圓周率π,小朋友也能懂
    之前電腦報刊登了一篇用VB計算圓周率π值的文章。使用了π/4=1-1/3+1/5+…+1/i,計算π的近似值,i值越大精度越高。這種算法不夠直觀,其實不太容易理解。我另外選了兩種計算π的算法:蒙特卡羅方法和直接測量法,並用Scratch編程來計算圓周率,這樣小朋友都能很容易理解圓周率的定義和計算了。