圓周率能算盡嗎?根據普朗克長度,周長能無限分割嗎?

2020-12-13 宇宙新思維

這個問題很有意思,先說第一個問題的答案:圓周率是算不盡的,並且與幾進位無關。

一,圓周率的來歷及特徵介紹

圓周率π在數學上叫無限不循環小數,又叫無理數,這樣的數有無限個,像我們熟悉的√2、√3、√5等等都是無理數,它們的位數都是無限的。最初是因為圓使我們認識了π,π是圓周長與直徑的比值,這個比值是個除不盡的常數。

圓周長與直徑之比就是圓周率

人們為了得到精確的數值,用不同的方法進行計算,最早在古代人們用割圓術,即作圓的內接多邊形和外接多邊形,然後一直把邊數翻倍,使得邊周長不斷逼近圓周長,以此求得的圓周率的上下限無限接近圓周率的精確值。不要把π看的太神秘,每個無理數的背後都對應著某些幾何圖形,比如說正方形的對角線的長度就是其邊長的√2倍,如果取邊長為1,那對角線的長度就為√2。再比如說60度直角三角形中,60度對的直角邊與另一個直角邊的比值就為√3,等等。這是因為無理數和有理數一樣,是非常普遍的。圓周率π唯一特殊的地方就是它還是一個超越數。所謂超越數就是π不可能是任何整係數多項式的根。圓周率的超越性否定了「化圓為方」這古老尺規作圖問題的可能性,因所有尺規作圖法只能得出代數數,而得不出超越數。這就是我們將要回答的第二個問題涉及的問題。

二,關於第二個問題和數學上的一些特徵

因為圓周率是通過不斷割圓的周長來取得精確值的,但普朗克長度是最小的長度,不能再對它進行分割,那割圓術把圓周長如割到小於普朗克長度時是否也不能再割?

德國科學家普朗克,量子力學創始人之一

普朗克長度是在量子力學中認為的物理現實中最小長度單位,其大小為1.616229(38)x10^-35米,量子力學認為任何小於普朗克長度的距離都是沒有意義的。因此它們認為物質不能無限可分。不過無論物質到底能不能無限可分,在數學上都是能夠無限分下去的。數學上無限的東西太多了,也允許無限的存在,比如說整數是無限的、自然數是無限的、小數是無限的、奇數是無限的等等等等,這麼多的無限是因為數學是對現實的抽象,所謂的點線面體不過是對現實事物的概念化,在數學中一個點可以無限小、一條線由無數個點組成,無數條線組成一個面、這個面無限薄,無限個面組成一個立體,但在現實中是不存在無限小的點、沒有厚度(無限薄)的面,因此數學和現實不是一回事兒。

三,第二個問題的解答

1,那圓的周長在現實中沒法分下去,這是因為:

①,割圓術在實踐上越來越難,幾何法時期早已過去。

自從古希臘的阿基米德開始,到我國公元263年的劉徽,用割圓術到了3072邊形,圓周率精確到小數點後三位,劉徽說「割之彌細,所失彌少,割之又割,以至於不可割,則與圓周合體而無所失矣。」包含了求極限的思想。再到南北朝的祖衝之精確到小數點後7位,

祖衝之

最後直到1610年德國數學家魯道夫計算到小數點後35位止,幾何法越來越難,用不著到普朗克長度,在實踐上也無法操作,每增加一倍邊數,計算量就是以前所有工作的兩倍。

②,普朗克長度的限制。

即使在實踐上能夠操作,但邊長長度真到了普朗克長度,如果真像量子力學認為的,在實踐中沒有小於普朗克長度的東西,到了那時自然也就無法分下去。

③,超越數的特點

數學不但有無限,還有極限,像微積分就是極限的體現,什麼化曲為直、化圓為方、曲直轉化、不變代變,什麼積分是微分的無限積累,還有在割圓術中劉徽的極限思想,這些思想當然都超越了普朗克長度的限制,但是圓周率π卻是個超越數,上面說過圓周率的超越性否定了「化圓為方」這古老尺規作圖問題的可能性,因所有尺規作圖法只能得出代數數,而得不出超越數。也就是說劉徽「化圓為方」的極限思想和他的尺規作圖方法是不適用於無限分割圓周長的。

2,π在數學上的分割或計算根本不理會普朗克長度

前面說過,數學是抽象化的,它才不管什麼普朗克長度限制來。在分割圓求圓周率的問題上,十七世紀以後人們用分析法來求π,一般用無窮級數或無窮連乘積求π,梅欽(英國數學家梅欽1706年推出第一個公式)類公式,五花八門,但這種方法雖然擺脫割圓法的繁複計算,但仍屬人工計算,到1948年英國的弗格森和美國的倫奇共同發表了π小數點後808位小數值,這是人工計算的最高紀錄。

1949年計算機的出現使π值計算進入突飛猛進地步,第一臺電腦只用了70個小時就把π值計算到了2037位,以後紀錄不斷被刷新,計算公式也不斷更新,2011年日本人近藤茂利利用家中電腦和雲計算把π計算到了10萬億位。剛剛2019年3月14日(國際圓周率日)谷歌日本女員工Emma Haruka Lwao將圓周率π算到31萬億位。

日本女程式設計師

雖然離普朗克長度對應的位數還有幾個數量級,但將來肯定會輕鬆超越。普朗克長度是為呼應量子力學的量子化而出現的,它對應的是普朗克質量的黑洞所對應的史瓦西半徑,與康普頓波長相當,它主要是在測量方面的影響,與純抽象的數學運算無關。總之在數學上圓的周長可以無限分割,而不必考慮普朗克長度,也不必考慮超越數限制,因為你永遠不會得到圓周率π的精確值,又何必在乎能不能畫出精確圓來,π的位數已經達到幾十萬億位了,這個精度足夠了,早已超越最精確的誤差。

圓周率表

相關焦點

  • 圓周率與普朗克尺度相互矛盾嗎?
    圓周率已經被證明是無理數,是無限不循環小數,不可被算盡;在現實世界中,物質是否真的無限可分,這個目前人類還沒有答案,至於普朗克尺度,那是指現有理論所能生效的最小尺度。圓周率的數值是圓的周長與其直徑的比值,並且在1761年由數學家約翰·海因裡希·蘭伯特證明了:圓周率是一個無理數。並且這一性質不僅適用於十進位(小編之前就在悟空上見過好幾次,有人認為圓周率算不儘是因為用的是十進位),在二進位、十六進位等等下,圓周率都是算不盡的。
  • 真能算盡嗎?
    真能算盡嗎?圓周率是個很神奇的數字,世界上不知道有多少的數學家一生都痴迷於它。當它第一次被發現的時候,就因為它擁有無限不循環的特性而驚奇整個世界。之後隨著大家對於數字的研究深入,開始慢慢的想要去算清圓周率的準確長度。不過圓周率卻一直被無限不循環這個框架局限著,這些年來,也有很多數學家想要將這一局限打破,但是卻都沒有成功。
  • 如果圓周率被算盡,會出現什麼後果?圓很可能會斷裂
    假如一個圓的直徑是1,那麼這個圓的周長就是圓周率,這說明一個圓的周長在數學上會無限地逼近一個值,但永遠達不到這個值,這就是無限的概念。我國古代數學家劉徽使用割圓術,也就是做圓的內接多邊形和外接多變形,使得多邊形的周長無限逼近圓的周長,將圓周率確定到了小數點後四位,祖衝之繼承了劉徽的割圓術,將圓周率推算到3.1415926和3.1415927之間。然後到1630年,利用幾何法人們將這個數字擴大到小數點後39位。
  • 圓周率等於周長除以直徑為何會除不盡?是否因為測量時有誤差?
    首先,圓周率肯定是一個無理數,這一點已經得到證明。而且任何形式的測量肯定是有誤差的,誤差是不可避免的,所以,人們如今計算圓周率一般不會通過測量直徑和圓周長來計算,比如利用無窮級數(可以見到搜索了解下)來計算!
  • 能算盡π嗎,為什麼說算盡後數學體系會崩塌
    但「九章」是全能型選手,不論是在短跑賽道還是長跑賽道上,都能碾壓超級計算機。 如果用量子計算機來計算「π」會怎麼樣? 既然量子計算機的計算能力怎麼強,有網友就好奇了,如果用量子計算機來計算無理數「π」會怎麼樣,能算盡嗎?算盡了又會怎麼樣?
  • 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。
  • 圓的面積和半徑絕對不會是無限的,那圓周率到底是不是有限的?
    事實上目前的人類就畫不出也製作不出完美的所謂的「圓」無論如何都會有誤差,就像人類製造不出永動機,因為有熵的存在,而且就目前得觀察來看自然界也沒有絕對的圓形的東西太陽地球等等都是不規則的圓,圓只是人理想的一種東西,可是目前的認知製作不出來,無論如何都是有誤差的,所以根據本就不是完美的圓計算出來的所謂圓周率也是個無限不循環小數。
  • 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?
  • 圓周率是算不盡的無理數,如果哪天它算盡了,會有多嚴重的後果?
    圓周率相信大家都曾經聽說過,這是一個數不盡的無理數。幾乎每一個上過學的人曾經都背過圓周率,並且還互相比試自己能夠背到小數點後幾位。圓周率這一概念最早記載於古巴比倫人的石匾上,上面清楚的記載了圓周率等於3.125,而且同一時期的古埃及也表明了圓周率等於分數16/9的平方。
  • 如果圓周率能被算盡,人類文明將會提升一個級別
    但我們都知道圓周率其實是無窮無盡的,為什麼祖衝之只算到前面的7位呢?因為,當時的技術條件並不允許,而祖衝之可以在當時能算到前7位,已經是相當的了不起了。當然也因為這個圓周率無窮無盡,所以我們在數學上用字母π來表示它,而圓周率在我們數學的計算是,通過圓得周長除以直徑得出來的。
  • 圓的周長(六上)
    生5:如果在一個圓的外面,緊緊的挨著圓畫一個正方形(外切),那麼這個正方形的四條邊的長度(周長)就是圓直徑的4倍。生:為什麼?生5:我們可以看著這個圖,如果在中間橫著畫一條直徑,向上或向下平移,不就和正方形的邊長度一樣嗎?同樣的道理,在豎直方向畫一條直徑,往左或者往右平移,不也是正方形的邊長嗎?
  • 所有人的銀行卡密碼、生日和手機號都包含在圓周率中,是真的嗎?
    圓周率是我們在小學時候已經接觸過的一個數學常數,如果我們想要計算圓的周長、面積、以及球形的體積,就必須要用到圓周率這個概念。這是為什麼呢?其實看了圓周率的定義就知道了,它是一個圓的周長和直徑的比值,或者是一個圓的面積和半徑平方的比值,用希臘字母π來表示。
  • 圓周率是算不盡的無理數,假如哪天它算盡了,會有多嚴重的後果?
    引言《周髀算經》中對圓周率的描述為「圓周三徑一」,意思就是說一個圓的直徑是1那,它的周長就等於3。這是古人對圓的初步計算。圓周率在數學中算是一個比較有名的數值,在這個數被發現之初,很多人都參與了它的計算,甚至有人想要將它算完。
  • 圓周率如果算盡,是否意味著最小的單位被計算出來了?
    圓周率在數學邏輯上不可能被算盡。因為圓周率已經得到嚴密的數學推理,它是無限不循環的無理數。其實無理數永遠都是數學邏輯上的形式。比如一個尺子的長度是多少?但是這種精細化計算在物理學有個底線,那就是普朗克長度。在普朗克長度之下,尺度就失去意義了。但是這種意義只是對於人類來說。由於測量尺度不斷精細,勢必要深入到粒子層面上。而測量粒子的長度又受到不確定性原理的影響。因為微觀粒子具有波粒二象性,測量位置越準確要求使用的波長就越短。
  • 圓的大小不會是無限的,圓周率到底是不是有限的?
    無論圓的面積、周長和半徑是否無限,圓周率π的小數位都是無限的,這是毫無疑問的。圓周率的大小不取決於圓的大小,圓周率是一個恆定的常數,只是這個常數不是有理數,而是無理數。
  • 圓周率是算不盡的無理數,若哪天它算盡了,將會導致多嚴重的後果
    圓周率是算不盡的無理數,若哪天它算盡了,將會導致多嚴重的後果如果你去問度娘圓周率是什麼?它會肯定地告訴你,那是圓的周長與直徑的比值。既然是比值,那麼就說明這個比值,不會隨著圓的大小而改變。都知道圓周率是3.14,但是這只是一個近似值,因為圓周率是一個無理數,3.14後面還可以算出無限多的數字,從祖衝之算出圓周率到現在,還沒有一個後來人算出小數點後面確切的數字。對於這個問題,很多朋友可能都會有這樣的疑問,要是圓周率算盡了,那會導致什麼樣的嚴重後果呢?
  • 派為何是一個無限不循環的無理數,全世界科學家對它計算了幾百年
    眾所周知,可以說,它是世界上最有名的無理常數了,代表的是一個圓的周長與直徑之比或稱為「圓周率」。公元前250年左右,阿基米德給出了「圓周率」的估計值在3.1408-3.1428之間。
  • 圓周率有可能是宇宙密碼,如果能將其算盡,宇宙可能將不再有秘密
    而在眾多的數字公式當中,我們不得不提到一個偉大的數字,它就是圓周率。對於圓周率,相信每一位上過學的朋友都應該知道,它是我們上小學的時候就接觸到的第一個無限不循環小數。圓周率(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,是精確計算圓周長、圓面積、球體積等幾何形狀的關鍵值。
  • 《圓的周長與直徑之間的關係》教學設計
    (長方形的周長是長與寬的和的2倍)教師:正方形的周長與什麼有關係呢?(與邊長有關係)周長是邊長的幾倍呢?(4倍)教師:圓裡面有長嗎?(沒有)有寬嗎?(沒有)有邊長嗎?(沒有)教師:那同學們猜想一下,圓的周長與什麼有關係呢?學生知道圓的半徑(或直徑)決定圓的大小,所以學生應該能夠猜出圓的周長可能與直徑(或半徑)有關。
  • 教師面試試講 | 小學數學《圓的周長》
    (二)講授新課1.測量圓形物體長度小組匯報測量方法:繩繞、滾動、圍。教師引導學生在這些方法測量時的注意事項:「滾」的時候要在圓形物體邊緣確定一個起點(終點),滾的時候不要滑動;「繞」和「圍「的時候,儘量貼合一些,減小誤差。 【提問】:這些方法有什麼共同點嗎?