從小學到大學都能看懂的圓周率π的計算方式

2020-11-23 電子通信和數學

如下是著名的萊布尼茲公式,你可以從許多途徑來推導,但你有沒有嘗試過用幾何方法來證明呢?

在1932年的一本數學著作《幾何與想像力》中詳細地討論了這種方法,它的作者就是大名鼎鼎的數學全才希爾伯特。這本書展現了非凡的幾何思維,在國外很受歡迎。

希爾伯特發現萊布尼茲公式隱藏在一個巨大的圓中,我們本篇要從最簡單的圓周率π入手。人人都能看懂

在一個坐標平面中布滿所有整數的坐標點,如下圖

然後畫一個以原點為中心的圓

現在計算圓內的晶格點數目,這個晶格點數就是圓的面積,為什麼,因為每個點都是一個小單元的中心。然後圓的總面積大約是圖中正方形的區域

所以圓的面積πr^2就等於晶格點數,現在小學生都會這樣來計算圖形的面積:在網格紙上畫任意一條封閉曲面,通過曲線內的點數來計算封閉曲線的面積

所以圓周π就等於

上圖中半徑為7時,網格點數是149,所以我們的π=149/49=3.0408

我們繼續擴大圓的半徑,如下r=13時,圓內的點數/13=3.1301

當半徑r=54時,π越來越接近真實值

當r=1000時,點數越來越多,圓周率π的值就越精確

所以我們用極限表示就是

我們下一篇繼續討論,上述只是開篇中的基礎。

相關焦點

  • 圓周率π是如何計算得到的
    圓周率是很多人在小學階段就接觸的一個數,關於它的知識可以從小學一直貫穿到無窮盡。
  • 圓周率π的計算曆程
    他使用了當時所能找到的最先進的計算工具,從1944年5月到1945年5月,算了整整一年。1946年,弗格森發現第528位是錯的(應為4,誤為5)。謝克斯的值中足足有一百多位全都報了銷,這把可憐的謝克斯和他的十五年浪費了的光陰全部一筆勾銷了。
  • 為何許多物理、數學公式都帶有圓周率「π」
    圓周率「π」,作為每個人最早接觸的無理數,基本貫穿了我們小學、初中、高中、大學的整個學習生涯,也成為了許多同學痛苦的記憶。π是圓的周長與直徑的比值,也是圓的面積與半徑平方之比,是精確計算圓周長、面積,球體積等幾何形狀的關鍵值。
  • 中國古代圓周率π的計算史:祖衝之和圓周率的高效計算
    黃建國,上海交通大學數學科學學院教授
  • 圓周率π的計算公式
    圓周率π是圓的周長和其直徑的比值,這是一個常數,在數學中是非常重要的。
  • 小學數學 | 【數學文化】π 圓周率的歷史
    圓的周長與直徑之比是一個常數,人們稱之為圓周率,通常用希臘字母π表示。1706年,英國人瓊斯首次用π代表圓周率,他的符號並未立刻被採用。
  • 圓周率是個無理數,已經計算到了31萬億位,繼續計算有何意義?
    愛因斯坦在提出相對論前,進行了大量的計算,和數學家希爾伯特的對話也刺激了他。對於中國的學生來說,從幼兒園開始就會接觸數學,小學主要學習運算,對幾何圖形也有涉獵。圓形無疑是幾何圖形中避不開的,它的性質和其他圖形有明顯差別,因為有圓周率的存在。幾乎所有和圓形有關的問題,都離不開圓周率。
  • 圓周率π的計算曆程及各種腦洞大開的估計方法
    憑直觀推測或實物度量,來計算 π 值的實驗方法所得到的結果是相當粗略的。真正使圓周率計算建立在科學的基礎上,首先應歸功於阿基米德。他是科學地研究這一常數的第一個人,是他首先提出了一種能夠藉助數學過程而不是通過測量的、能夠把 π 的值精確到任意精度的方法。由此,開創了圓周率計算的第二階段。
  • 和π有關的計算公式(小學數學)圓周率學習筆記分享
    一.π在數學計算中常用於圓周長、圓面積、球體積等幾何量的計算。1.圓周長計算公式:C=2πr (r表示圓的半徑)C=πd (d表示圓的直徑)2.圓面積的計算公式:S=πr (r表示圓的半徑)3.球體積的計算公式:
  • 圓周率π已被計算到了31.4萬億位,繼續計算下去有何意義?
    說到圓周率π,相信大多數人想到的就是可以用來計算圓的周長和面積,是數學及物理學中存在的數學常數。通俗意義上來理解圓周率,它就是圓的周長與直徑的比值或者圓面積與半徑平方的比值。圓周率π作為一個無理數(無線不循環小數),在日常實際生活中,通常只用到近似值3.14進行計算,只有科學家們為了精確計算才會用到十位小數,甚至幾百位小數進行精確精算。在中國的古代,人們從實踐中就知道圓的周長是「圓徑一而周三有餘」,意思是說圓直徑的三倍多等於圓的周長,三倍多要多多少,成了一個非常難的研究課題。
  • 如何優雅地計算π?
    不知不覺中,我們又迎來了一年一度的「π日」(以及白色情人節)。2011年,國際數學協會正式宣布,將每年的3月14日設為國際數學節。小學數學教材告訴我們,π的小數部分是一個無限不循環小數,不能簡單地用分數完全表示。所以值此π日之際,讓我們重溫小學的數學知識,揭開π的神秘面紗。
  • 圓周率π是怎麼算出來的,用程序怎麼算
    也就是我們計算π的意義了。    所以只要切分的邊足夠多,那麼得到的π的值也就更加精確。這個時候寫程序的話,可以參考如下的方式,不斷的切分。>        第3次切割,為正48邊形,圓周率π≈3.139350203046872        第4次切割,為正96邊形,圓周率π≈3.14103195089053        第5次切割,為正192邊形,圓周率π≈3.1414524722853443        第6次切割,為正384邊形,圓周率π≈3.141557607911622
  • 中國古代圓周率π的計算史:割圓術的計算方法
    黃建國,上海交通大學數學科學學院教授
  • 四次涅槃終獲重生,圓周率π現在已被計算到31萬億個數
    這樣一個看似簡單的問題,如果純粹靠我們自己的推理,我相信幾乎沒有人能得到令人滿意的結果. 它的難度源自兩個方面,首先,很難發現周長與直徑的比值(或面積與半徑的平方)是一個定值(即,圓周率π).其次,即使我們知道了定值π的存在,也難以給出一個計算π值的方法.
  • 為什麼我們總是在計算圓周率π?因為沒有最快,只有更快!
    每一種方法到最後都可以把圓周率精準無誤地的出來,然而這並不意味著,這每一種方法實施起來都是一樣的效果。這裡就必須考慮一個執行效率的問題。>,你還要求他們,割圓術求π太慢了,能不能找個更快的。1706年,英國數學家梅欽本人利用這個公式將圓周率計算到了小數點後100位,這在割圓術時代是根本無法想像的,至於為什麼是這樣子的,請參考魯道夫窮盡一生用割圓術才計算到小數點35位而已。
  • 圓周率π,不得不說的一個數
    圓周率與圓周率的計算+圓周率簡介圓周率π(Ratio of circumference to diameter;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。
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    圓周率π圓周率π是圓的周長和其直徑的比值經過數千年的努力,人類已經能夠計算出相當精確的圓周率數值。它的計算公式有很多種,可以用無窮級數來表示,比如數學家萊布尼茨發現的計算圓周率公式:萊布尼茨發現的計算圓周率公式再比如
  • 追尋蘊藏在圓周率 π 之中的無限美麗
    ▼ 圓周率中連續的六個9許多年之後的 2019 年,谷歌女工程師 Emma Haruko Iwao 利用雲計算資源,花了 121 天計算出 π 的 34.1 萬億位。你可以在你腦海中想像這樣畫面:如果要用普通字體列印 π 小數點後的 10 億位,它的長度將從美國紐約延伸到堪薩斯州!
  • 3·14世界圓周率日,為π過一個生日
    今天是3·14世界圓周率日,原來π這麼有趣!兩臺計算機的性能到底哪一個更強可以通過計算圓周率得出結論另外,計算機經常會存在一些BUG而計算機在運算圓周率的時候就有可能檢測到計算機的BUG當年,英特爾在發布奔騰系列處理器時也利用運算圓周率找到了設計上的BUG密碼學中加密的數字從何而來?
  • 「圓」來如此——關於圓周率 π的36 個有趣事實
    ▌4圓周率是由古代最偉大的數學家之一,錫拉庫扎的阿基米德 (Archimedes,公元前 287-212 年) 首先透過正多邊形的幾何算法嚴謹計算出來的。所以有時 π 也被稱作阿基米德常數。據說阿基米德全神貫注於他的工作,沒有注意到羅馬士兵已經佔領了這座希臘城市。