數學一開始是門研究數字關係的學科,後來加入了幾何、空間和信息,逐漸發展成了一門重要的基礎科學。伽利略說數學是上帝用來書寫宇宙的文字,高斯說數學是科學之王。想在物理學化學等領域做出成就,必須要有紮實的數學功底。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。
和自然底數一樣,圓周率也是數學界最出名的數字之一,它是個無理數,用符號π表示。四大文明古國在幾千年前就注意到了圓的周邊和直徑的比值,古巴比倫人說π的值為3.125,古埃及曾經出土了一份古代數學書籍,叫萊因德紙草書,裡面記載了π的值是3.1605。就連金字塔的設計都有圓周率的影子,它的周邊和高度之比正好等於圓周率的兩倍。
他們提出的值和真正的π值還有點差距,縮短這個差距的人是古希臘著名科學家阿基米德,大約在公元前250年,阿基米德確定了π值在3.1408到3.1429之間。阿基米德利用的割圓法,我國古代數學家祖衝之,將割圓法進一步深入,首次將圓周率精確到了7位小數。
那時候他就預感到,圓周率應該是算不完的,事實也的確如此。西方數學家掌握無窮級數的計算方法後,將圓周率的值計算到了小數點後71位小數。有的人不信邪,選擇繼續計算,往往是算得精疲力盡也沒有算完。
老是靠人力計算,未免不太方便,超級計算機問世後,我們直接用它來計算圓周率,比人工計算省事多了。2019年3月,谷歌公司宣布他們已經把圓周率計算到了小數點後31萬億位。這要是寫在紙上,需要用多少張紙啊
那有人就要問了,圓周率已經證實是個無限不循環小數,我們把它計算到31萬億位,計算到310萬億位,又有什麼意義?難道是考驗計算機的計算能力?還真是這樣。我們知道超級計算機的計算能力以核心算法為基礎,想檢驗哪臺計算機的cpu更好,穩定性更強,就讓它去算圓周率。
1986年的時候,英特爾公司就利用圓周率發現了計算機裡的bug,工程師設計奔騰處理器時,也用圓周率來檢測bug。
除此之外,圓周率還在密碼學領域受到了青睞。簡單的數字加密早就被拋棄使用了,我們需要一種全新的數字加密方式。計算機可以生成隨機數字,不過有相應的程序能破解。圓周率不一樣,它的所有個位數都滿足隨機性。每個數字出現的次數也比較接近。有了這樣的條件,我們就可以用拼接素數的方式,生成真正的隨機數。
大多數人只知道3.1415926,後面的數字就不清楚了。有的人經過訓練,他們能順利地背誦好幾百位,幾千位也是可以的。他們把背誦圓周率當作訓練記憶力的方式,華羅庚在念書時就喜歡背誦圓周率。