3.1415926...是什么?
圓周率π是一個(gè)十分重要的數,也是一個(gè)很神奇的數。從古希臘時(shí)代開(kāi)始,由于科學(xué)研究和工程技術(shù)的需要,圓周率的計算就一直沒(méi)有停止過(guò)。直到今天,圓周率依然是檢驗計算機計算能力的方法之一。日本某個(gè)無(wú)聊的出版社居然出了一本一百萬(wàn)位的圓周率的書(shū)《円周率1000000桁表》,全書(shū)只有一個(gè)數字:π。
你知道人們最開(kāi)始是如何計算圓周率的嗎?看完這篇文章,你就有所了解了。

公元前300年左右,古希臘數學(xué)家歐幾里德在著(zhù)作《幾何原本》里將幾何的基礎簡(jiǎn)化成幾個(gè)公理。其中一條公理是:過(guò)一點(diǎn)以某個(gè)長(cháng)度為半徑可以做一個(gè)圓。根據相似性可知:任何一個(gè)圓的周長(cháng)與直徑的比都是一個(gè)常數,把這個(gè)常數稱(chēng)為圓周率π。
如果使用一根軟繩測量圓的周長(cháng),再除以圓的直徑,只能得到圓周率大約等于3的結果,更加精確的結果只能依賴(lài)計算。
第一個(gè)把π計算到3.14的人是古希臘的阿基米德。
我們都知道阿基米德的名言:給我一個(gè)支點(diǎn),我可以撬起地球。阿基米德第一個(gè)發(fā)現了杠桿原理和浮力定律,是一位物理學(xué)家。但是同時(shí),他也是一位數學(xué)家。公元前212年,羅馬士兵進(jìn)攻敘拉古國,城破之后阿基米德被羅馬士兵殺死。傳說(shuō)他臨死時(shí)被羅馬士兵逼到一個(gè)海灘,還在海灘上畫(huà)圓,并且對士兵說(shuō):“你先不要殺我,我不能給后世留下一個(gè)不完善的幾何問(wèn)題?!?/p>
阿基米德計算圓周率的方法是雙側逼近:使用圓的內接正多邊形和外切正多邊形的周長(cháng)來(lái)近似圓的周長(cháng)。正多邊形的邊數越多,多邊形周長(cháng)就越接近圓的邊長(cháng)。
阿基米德最終計算到正96邊形,并得出π約等于3.14的結果。阿基米德死后,古希臘遭到羅馬士兵摧殘,敘拉古國滅亡,古希臘文明衰落,西方圓周率的計算從此沉寂了一千多年。

阿基米德死后五百年,中國處于魏晉時(shí)期,著(zhù)名數學(xué)家劉徽將圓周率推演到小數點(diǎn)之后四位。他在著(zhù)作《九章算術(shù)注》中詳細闡述了自己的計算方法。
劉徽的算法與阿基米德基本相同,但是劉徽提出了圓的內接正N邊形邊長(cháng)與內接正2N邊形邊長(cháng)之間的遞推公式,并且計算到了圓的內接正3072邊形,得到π的值大約是3.1416。
又過(guò)了兩百年,中國數學(xué)家祖沖之橫空出世。

祖沖之使用“綴術(shù)”將圓周率的值計算到小數點(diǎn)后第七位,指出
3.1415926<?π<3.1415927
這個(gè)結果直到一千多年后才被西方超越。
但遺憾的是,“綴術(shù)”的計算方法已經(jīng)失傳。華羅庚等科學(xué)家認為:祖沖之的方法仍然是割圓法。

但是如果要得到這個(gè)精度,需要分割到24576邊形,從正六邊形出發(fā),還需要迭代劉徽的公式12次。而且在每次迭代的過(guò)程中,必須保證足夠多的有效數字,否則就會(huì )影響到最后的結果。祖沖之通過(guò)什么神奇的方法保證了計算的準確?至今仍是一個(gè)謎。
看到這里,也許有的同學(xué)已經(jīng)躍躍欲試了,我們能不能仿照阿基米德和劉徽的方法自己計算一下圓周率呢?

其實(shí)這個(gè)問(wèn)題也沒(méi)那么難,我們不妨也來(lái)簡(jiǎn)單推導一下:首先做一個(gè)半徑為1的圓。


其中,AB=LN,OD=1




按照這個(gè)方法一直計算下去,就可以得到更加精確的結果了。
當然,時(shí)至今日,人們已經(jīng)發(fā)明出各種各樣計算π的方法。比如,歐拉就提出過(guò)使用級數方法計算π的值:

這種方法要比使用割圓術(shù)快得多,也方便得多。
話(huà)說(shuō),你能背下來(lái)多少位的π呢?我能背下來(lái)小數點(diǎn)后22位,這是因為小時(shí)候看過(guò)的一個(gè)故事:
有位教書(shū)先生,整日里不務(wù)正業(yè),就喜歡到山上找廟里的和尚喝酒。他每次臨行前留給學(xué)生的作業(yè)都一樣:背誦圓周率。開(kāi)始的時(shí)候,每個(gè)學(xué)生都苦不堪言。后來(lái),有一位聰明的學(xué)生靈機一動(dòng),想出妙法,把圓周率的內容與眼前的情景聯(lián)系起來(lái),編了一段順口溜:
山巔一寺一壺酒(3.14159)爾樂(lè )苦煞吾(26535)把酒吃(897)酒殺爾(932)殺不死(384)樂(lè )爾樂(lè )(626)
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