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圓周率已算至62.8萬億位!為何要算這麼多?若能算盡,會發生啥?


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更新日期:2022330
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你可知道,有一個特別的節日跟數學有關。每年的3月14日,是國際數學節。3.14在數學的世界裏代表的是π,所以3月14日又被稱作為“圓周率日”。在這一天,舊金山的科學博物館裏有個非常特別的儀式,這項傳統從1988年延續至今。博物館的員工會組織參與者一起圍繞著博物館的紀念碑做3又1/7圈(22/7,π的近似值之一)的圓周運動,之後大家在一起吃水果派慶祝這個有意義的一天。

圓周率日

通過這樣的一個儀式,其目的就是將數學和自然科學融入到我們的生活中。今天就讓我們一起來了解一下,這個神奇的字母π。

圓周率的發現

π在數學上是指圓的周長和直徑的比值。它是一個無理數,意思就是無限循環的小數。歷史上曾經用π的精准程度來作為數學發展史的一個標准。最早圓周率的發現是在公元前1900年至公元前1600年一塊古巴比倫的石匾上。上面清楚地記載了圓周率=25/8=3.125。

古巴比倫的石匾

與此巧合的是,在同一時期的古埃及文物上,萊因德數學紙草書上以不同的計算方式得出16/9的平方,約等於3.1605。古埃及不僅僅是發現了圓周率,他們更是巧妙地將圓周率計算方式融合進了公元前2500年所造的胡夫金字塔中。金字塔的周長和高度之比正好是圓周率的兩倍,也正好等於圓的周長和半徑之比。不知道這是巧合還是真的就是參照圓周率的比值參數建造的。不過這也為圓周率在現實生活中的運用增加了濃厚的一筆。

萊因德數學紙草書

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大約在公元前800至600年的時候,古印度的宗教巨作《百道梵書》中也指出圓周率等於分數339/108,約等於3.139。雖然在不同的時期不同的國家以不同的方式推算出的圓周率約有不同,但是離正解的π也是很相似的。

我國圓周率的鼻祖

在我國,跟圓周率的緣分要追溯到公元前263年,數學家數學家劉徽用“割圓術”計算圓周率。他通過圓內接正六邊形,逐次分割一直算到圓內接正192邊形。並且他給出了π=3.141024的圓周率近似值。可是後來他將這個數值與晉武庫中漢王莽時代制造的銅制體積度量衡標准嘉量斛的直徑和容積進行了檢驗,發現這個3.14的近似數值還是偏小。於是他繼續割圓到1536邊形,求出3072邊形的面積,得到令自己滿意的圓周率。

割圓術

到了公元480年左右,南北朝時期的數學家祖沖之在此基礎上,進一步地將圓周率精確到了小數點的7位數。得到了一個新的圓周率為3.1415926。祖沖之也因此入選了世界紀錄協會第一位將圓周率值計算到小數第7位的科學家。這一成就足足領先了歐洲數千年。

計算機時代的圓周率的發展

電子計算機的出現讓圓周率這個無限循環小數的數值有了突飛猛進的發展。大大地刷新了由1948年英國的弗格森和美國的倫奇共同保持的人工計算圓周率值的808位小數值的最高紀錄。1949年,美國制造的首部電腦ENIAC只用了70個小時就完成了小數點後的2037位。

ENIAC

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隨著科技的不斷進步和發展,截止到2021年8月17日,瑞士的研究人員使用了一台超級計算機,經歷了108天,精准的將圓周率π計算到了小數點後的62.8萬億位。相信這個記錄隨著時間的推移,更加精准的π會出現在我們的世界裏。

為啥要不停地算?圓周率到底有啥重要?

當1761年,德國科學家約翰·海因裏希·蘭伯特證明出來π是個無理數的時候,把圓周率的數值計算得那麼精准,其實實際意義並不是很大的。並且圓周率也是不會被算盡的,只是通過現代的科技將其精准到無限位。在現代的科學領域使用的圓周率其實能夠精准到小數點後面的十幾位都已經足夠了。

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圓周率

π的運用領域是非常廣泛的,不僅是在數學領域上,物理和天文學上的影響也是很深遠的。

圓周率π若是算盡了,會發生什麼?

由於圓周率指的是圓的周長和直徑的比值,當π的數值算盡後,說明圓不再是個圓。根據古人的割圓術的原理,圓被切分到一定的程度上,其實就是一個正多邊形而已。當圓不存在的時候,圓也將沒有目前的特殊地位了。這將影響到幾何學中的圖形體系的構建,從而微積分中對於曲線的整個定義也會被顛覆掉。人類建立起的數學理論和邏輯將會被徹底地改寫。

微積分

當微積分被改寫之後,會直接地影響到電子工程的電子集成電路板的設計,應用等。一系列的連鎖反應都將顛覆人類的認知。

小結

現在我們還是小朋友的時候,對於數學的記憶就是圓周率π。老師也會讓我們盡可能地多背誦圓周率小數點的位數,還增加我們對於數字的敏感性和記憶力。

歐式幾何

由此可見,在歐氏幾何中,圓周率是無限值,是不能被算盡的。我們科學家也通過不同的方式在不斷地驗證圓周率的精確值和更廣泛的運用意義。讓我們拭目以待吧。

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