怎麼會有常數這種東西,談談那些神秘的數學常數

2021-02-23 少年數學家




簡單點

說話的方式簡單點

前段時間,超模君介紹了4個神秘的數學常數,還有幾個大咖級的常數還沒講呢,所以,超模君今天繼續。。。


沒錯,就是那個引發第一次數學危機的數字——√2 ≈ 1.4142135623730950488。公元前500年,有一位牛人,叫畢達哥拉斯。如果你對這位牛人有點兒陌生,那畢達哥拉斯定理應該知道吧,那就是:直角三角形中,兩直角邊的平方和等於斜邊的平方。他創辦了一個數學學派,叫做畢達哥拉斯學派,該學派認為:整數就像原子一樣,構成了宇宙中的一切,並可以描述宇宙中的一切。宇宙間各種關係都可以用整數或整數之比來表達,除此之外,就什麼都沒有了。。。
而畢達哥拉斯的弟子——希勃索斯,在研究老師的定理時,發現了一個神奇的現象:邊長為1的正方形,其對角線的長竟然無法用整數或整數之比表示出來!於是,他把這個驚人的發現告訴了老師畢達哥拉斯。。。希勃索斯本來以為老師會將這一發現公布於眾,改變人們錯誤的認識。沒想到,老師卻認為這樣會動搖到畢達哥拉斯學派在學術界的統治地位,便新規定了一條紀律:誰都不準洩露存在根號2(即無理數)的秘密。後來,天真的希勃索斯有一次無意中向別人談到了他的發現,結果他被認為是學派的「逆賊」,被囚禁,受盡百般折磨,最後被投入愛琴海淹死。。。關於希勃索斯的死有很多個版本,眾說紛紜,但無論如何,希勃索斯都被人們當作是發現無理數的第一人。
√2就是第一個被發現的無理數,它的應用非常廣泛,比如我們平常用的A4紙長寬之比就等於√2。其中,a0,a1,a2……都是整數,而 [a0; a1, a2, a3, …] 就稱為實數x的連分數展開。1964年,數學家辛欽證明了一個驚人的結論:對於幾乎所有實數x(除了有理數、實係數二次方程的解,以及自然對數的底e等特殊情況之外),其連分數表示式的係數ai的幾何平均數會收斂到一個相同的數,且與實數x的數值無關。這個數就是辛欽常數,用表示。不過,對於這個神秘的常數,人們了解的還是很少,除了它的精確值不容易求出之外,關於辛欽常數是否為無理數,到目前也還沒有人能證明。圓周率 π ≈ 3.14159是圓的周長與直徑的比值,是精確計算圓周長、圓面積、球體積等幾何形狀的關鍵值,人類很早就認識到了圓周率的存在。公元前3世紀初,歐幾裡得在其著作《幾何原本》中就提到過圓周率是常數;公元前2世紀左右,中國古算書《周髀算經》中有「徑一而周三」的記載,也認為圓周率是常數。而如今用來表示圓周率的希臘字母π,本來與圓周率毫無關係,只是從1736年開始,歐拉在書信和論文中都用π來表示圓周率,久而久之,人們就普遍認同π就是圓周率了。
π應該是數學中最基本、最重要、最神奇的常數了,人類對它的探索就從來沒停止過,不過,從它的出現到確定它是無理數,人類就花了3000年的時間。。。直到1761年,德國數學家朗伯(Lambert)才證明了 π 是一個無理數。
1882 年,德國數學家林德曼(Ferdinand von Lindemann)證明了圓周率 π 是一個超越數。(不滿足任一個整係數代數方程的數)17世紀末,伯努利(Bernoulli)發現了一個有趣的現象,會隨著x的增大而越來越接近某個固定的數。
半個世紀後,歐拉才仔細研究了這個問題,並用字母 e 來表示這個常數:他不僅求出了e ≈ 2.718,還證明了 e 是一個無理數。跟π一樣,額也是一個超越數,於1873 年被法國數學家夏爾·埃爾米特(Charles Hermite)證明。數學中,還有一個很特別的常數,就是虛數單位 i ,它是指 -1 的開平方,它的出現,瞬間將整個數域又擴充了一半。而最美公式——「歐拉恆等式」就將世界上最基本的兩個數字 0,1,以及數學中最重要最基本的三大常數π、e、i 都聯繫到了一起,乾淨利落,簡直漂亮到了神聖的地步!


相關焦點

  • 那些神秘的數學常數!
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  • 數學常數e
    自然常數e和圓周率π、黃金分割數φ一起被稱為「三大數學常數」。e作為重要數學常數之一,常出現於數學和物理學之中。
  • 最神秘的數學常數,與所有實數有關,但數學家對它幾乎一無所知!
    說到神秘的數學常數,大多數人腦海裡第一個跳出來的,要麼是圓周率π,要麼是自然對數底e。其實不然,π和e對數學家來說固然神秘,但是我們也掌握了它們的不少知識,在數學裡,還有一個常數更神秘。1964年,蘇聯數學家亞歷山大·雅科夫列維奇·辛欽,發現一個驚人的規律:對幾乎所有實數x(除有理數,實係數二次方程的解,以及自然對數的底e等特殊情況外),x的連分數表示式係數的算術平均值,都收斂於一個常數,這個常數和x無關,現稱作辛欽常數K0。
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    蓋爾芳德常數蓋爾芳德常數由前蘇聯數學家Alexander Osipovich Gelfond提出,該常數是由兩個最著名的無理數常數和超越數π和e組合而成,即e的π次冪:蓋爾芳德常數另外,這個常數咋來的呢?
  • 4.6692是比圓周率更神秘的常數?
    40多年前的洛斯阿拉莫斯國家實驗室,一位助手對一類數列的研究引起了轟動,因為它涉及了大自然的核心的秘密:從這個數列中,可以發現大自然中一個基本的無量綱常數——4.6692……。這個常數像圓周率一樣,充滿了神秘的未知,也引領著科學的發展。
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    數學文化商城【玩酷屋】 這「混沌」常數 比π還要神秘 40多年前,一個實驗室助手拿著一個計算器算出了一個比圓周率更神秘的常數:4.6692......
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    由於一些尚不明確的原因,宇宙的基本特性可以用數字或常數來表達,美國加利福尼亞州立大學數學教授詹姆士·斯坦因介紹了13個宇宙常數,包括萬有引力常數、光速、絕對零度、哈勃常數、普朗克常數等。他參考了天文學家馬丁·裡斯關於同一主題的著作《只需六個數》,裡斯說,有6個數的值必須恰到好處,如果其中任何一個出現「失調」,那就不可能有星體和生命。
  • 數學常數e的含義
    據此我們可以寫出它的增量公式:growth= 2 x x表示天數這個式子可以改寫成如下的樣子:growth= (1+100%) x 其中,1表示原有數量,100%表示單位時間內(24小時)的增長率。因此一天24個小時可以分成兩個階段,每一個階段的細胞數量都在前一個階段的基礎上增長50%:即在一個單位時間內,這些細胞的數量一共可以增至為原數量的2.25倍。倘若這種細胞每過8小時就可以產生平均1/3的新細胞,新生細胞立即具備獨立分裂的能力,那就可以將1天分成3個階段,在一天內時間細胞的總數會增至為:
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    請關注 [遇見數學] 今日頭條收看更多關於數學文章的資料和視頻!E(自然常數, 也稱為歐拉數)是自然對數函數的底數. 它是一個無理數, 就是說小數點後面無窮無盡, 永不重複. 與 Pi 和 sqrt(2) 不同, 它不是由幾何問題上探究而來的, 而是關於增長率和變化率的常數. 但是它為什麼和增長率有關呢?
  • 自然常數e是什麼?它是怎麼來的?
    在數學中,有一個被稱為自然常數(又叫歐拉數)的常數。之所以把這個數稱之為自然常數,是因為自然界中的不少規律與該數有關。不過,這個數最初不是在自然界中發現的,而是與銀行的複利有關。 想像一下,如果把錢存在年利率為100%的銀行中,一年之後的錢將會增加為原來的(1+1)^1=2倍。
  • 量子力學的核心,普朗克常數
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    引子:物理學的常數經常被視為永遠不愛的定數,但隨著時間的推移,常數依然能歷久彌新嗎?抑或是會出現些許變化?另外,愛因斯坦會了便宜行事,在廣義相對論中大膽地加入宇宙常數,結果卻發現是烏龍事件。
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    前幾天,超模君介紹了4個神秘的數學常數,還有幾個大咖級的常數還沒講呢。 所以,超模君今天繼續。。。 e等特殊情況之外),其連分數表示式的係數ai的幾何平均數會收斂到一個相同的數,且與實數x的數值無關。
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    然而,還有一個接近人們生活的數,那就是自然常數e(mathematical constant)。它是一個數學中的無理實數,約等於2.718281828。(計算器就到這了)但是,自然常數e為什麼自然?為什麼一個無理數能被稱為自然常數?這時候,大家可能會想起另外一個無理數π。對於不懂數學的人來說,這兩個數可能算是eπ胡言。但大多數人卻會經常在生活和學習中使用這兩個奇妙的無理數。
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    /n^n 會收斂到約為 1.8 的隨機數,新研究也許會告訴我們這些值都有什麼意義。Ramanujan Machine 就是將這些「發現」總結起來,形成合理的猜想。Slash Sero 在 Reddit 上也評論說:「這些發現的猜想都是已知等式的變體,它們在技術上是新的,但是在語義上並不是新的,我們可以通過分數的重新分布定義任何數學常數。
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    現在很多國人對祖先留下的東西不自信,認為人類文明的發展,中國沒有什麼拿得出手的科學知識,如果你告訴他中醫他說是玄學、你說易經他說算卦的書,你說道德經,他說是宗教,你說山海經、淮南子、墨子等等,他又說是無稽之談,最後你說各種農書、算經、天文曆法他又說有什麼成就呢?
  • 比圓周率更神秘的「蔡延常數」是什麼?全球沒有一個人可以算出來
    大部分人一提到圓周率就會感覺到特別神秘,畢竟圓周率很可能是一個正規數,這就說明圓周率的每一位數字很可能是隨機出現的。 只要是隨機,那麼自然界中的大部分事物都會包含在圓周率中。
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    另外,愛因斯坦會了便宜行事,在廣義相對論中大膽地加入宇宙常數,結果卻發現是烏龍事件。不過,多年後的今日,或許這場「烏龍」事件,還真的其來有自,甚至與「暗能量」有著密不可分的關係······今(2019)年5月20日,國際單位制把各種基本單位,以普朗克常數h、光速c等物理常數取代傳統原器。
  • 萬有引力常數G的前世今生
    《自然》雜誌作為世界上歷史悠久的、最有名望的科學雜誌之一,匯聚了許多科研領域中最重要、最前沿的研究成果,是眾多科研工作者心目中的頂級期刊。而此次最新測G結果的發表,更是代表了國際上對引力中心團隊堅持30多年的測G工作的肯定。對於萬有引力常數G,讀者們可能既熟悉又陌生,也許只是在物理課本的字裡行間打過一次照面,這個字母「G」有著怎樣的物理含義?對其進行高精度的測量又有什麼樣的意義?