本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
文/楓葉。
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變數。
當阿基米德將正多邊形的變數增加到96時,這樣就得出正德近似值為22/7,取其值為3.14,這樣講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,人們就將3.14叫做「阿基米德數」。
東方
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」。
公園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3.1416。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」。
劉輝之後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值精確到小數點後6位,並確定出圓周率值在3.1415926和3.1415927之間。
西方
在西方,對圓周率的研究主要建議在阿基米德的研究成果之上。若干年來,都多科學家經過艱苦計算,也來越精確地確定圓周率的數值。
1596年,一位德國科學家魯道夫,他將π的精確值推進到小數點後15位,這次π的發展是圓周率研究史上的一個奇蹟。但是他並未就此罷手,經過艱苦的計算和鑽研又把π值精確到小數點後的35位。科學家魯道夫用一生的生命投入到對π的鑽研中,一生的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。
隨著數學的發展和科技的創新,計算機問世後,在1949年將π值精確到了小數點後的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,人們才求出了更加精確的圓周率,直至今日也沒有算完。