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。這一個簡簡單單的圓,卻窮盡了很多數學家一生的心血去研究,因為它蘊含這一個非常神秘的數字,那就是圓周率π。
圓周率指圓的周長與直徑的比值,以π來表示,古人對於這個比值的看法,莫衷一是,古埃及人認為這個比值應該是3.16,古羅馬人認為應該是3.12,而古印度人認為應該是10(這讓小編有點捉急)。
第一個研究圓周率的人,要從公元前三世紀說起,古希臘著名數學家阿基米德是最早研究圓周率的人,首先它在圓裡畫了一個內接正三角形,接著又畫了一個外接正三角形。眾所周知,正多邊形的邊數越多,它的周長就越接近於圓的周長。於是阿基米德開始不斷的增加正多邊形的邊數。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。
在我國,最早提到圓周率的古代數學著作中,說法僅僅是徑一周三,也就是說圓的周長是直徑的三倍,相當於π為三,這樣的圓周率在現在的我們眼裡是非常粗糙的,後人將這個π值稱為古率。
到了三世紀,我國數學家,劉徽創造性的提出了割圓術,通過割圓術的計算,劉徽將圓周率的精度提升到了一個新的高度,它通過計算,得出圓周率π的值約為3927/1250,約為3.1416。劉徽將圓周率精確到了小數點的後三位,而這個π值在當時世界上絕對處於領先地位,後人為了紀念劉徽,將其稱為徽率。
200多年後,我國著名數學家祖衝之,在劉徽的基礎上,將圓的內接六邊形一直演算到了24567邊。為了完成這項超複雜的計算工程,祖衝之至少對九位數字反覆進行了多達130次以上的運算,其中的開方和乘方運算有將近50次之多。在那個沒有計算機的時代,利用手工,其計算量可想而知。正因為祖衝之的努力,人類第一次將π值精確到了小數點後六位,並確定圓周率在3.1415926和3.1415927之間,祖衝之用約率22/7和密率355/113這兩個分數來表示圓周率。祖衝之對圓周率的計算,再次證明了中國在古代數學領域的領先地位。而同樣算出如此精度的歐洲人,要等到1000多年後。為了紀念祖衝之,人們把355/113命名為祖率。
在西方,人們對圓周率的研究主要建立在阿基米德的研究成果上。1596年德國數學家魯道夫將π的精確值計算到小數點後15位,從而創造了圓周率上的一個奇蹟,然而他並未就此罷手,又繼續計算π值,最終精確到了小數點後的35位。而魯道夫的一生就是計算圓周率的一生,他將一生所有的心血全部投入到了圓周率的計算中,魯道夫逝世後人們為了紀念他,在他的墓碑上刻上了35位圓周率,而人們稱這一π指,為魯道夫數。
到了1767年,德國數學家蘭伯特提出了一個遐想。他認為派是無理數,並對其進行了研究。他指出,派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精確計算出π是不可能的。雖然π不可窮盡,但是蘭伯特的理論並沒有澆滅人們對π的研究熱情,隨著時代的發展,人們反而更加熱衷於對π的計算。
1841年英國的盧瑟福將π的值計算到小數點後208位,其中正確的有152位,九年之後他又重新計算π值,將π值計算到了小數點後的400位。
而後英國學者威廉·欣克採用了無窮級數的方法,耗盡近30年的心血,終於在1873年將π的值計算到了小數點後的707位,這是在電子計算機問世之前,人類計算出的最高精度的π,但是遺憾的是,76年後,人們發現欣克計算的π有疏漏,他將528位的小數5不小心寫成了4,這就意味著528位之後的所有計算結果全部作廢。而這個問題的發現,正是由於計算機的發明。
1949年世界上第一臺計算機問世,幾個小夥子就用它來計算π值,直接將π值計算到了小數點後的2037位,同時也發現了威廉·欣克計算中的錯誤。
計算機的出現為我們的計算提供了非常大的方便,在計算機的幫助下,人們對圓周率的計算更加精確,1984年日本的計算機專家在超級電子計算機上將π值算到了小數點後1000萬位,成為當時世界上最精確的圓周率。
目前,據說人類已經將π值計算到了2.0132億位。
圓周率的不斷精確,是人類對事物認識的不斷深入。而π,貫穿了整個數學史,對於神奇的圓周率,你有什麼看法呢?