圆周率的历史

圆圆周率的周率的历历史史 圆周率 一般以 来表示 是一个在数学及物理学普遍存在的数学常 数 它定义为圆形之周长与直径之比 它也等于圆形之面积与半径平 方之比 是精确计算圆周长 圆面积 球体积等几何形状的关键值 圆 周率是一个常数 约等于 3 1415926 是代表圆周长和直径的比例 它是一个无理数 即是一个无限不循环小数 圆周率在生产实践中应 用非常广泛 在科学不很发达的古代 计算圆周率是一件相当复杂和 困难的工作 因此 圆周率的理论和计算在一定程度上反映了一个国 家的数学水平 圆圆周率周率 圆的周长与直径之比是个与圆的大小无关的一个常数 人们称之 为圆周率 巴比伦人最早发现了圆周率 1600 年 英国威廉奥托兰特 首先使用 表示圆周率 因为 是希腊之 圆周 的第一个字母 1706 年 英国的琼斯首先使用 1737 年 欧拉在其著作中使用 后来被 数学家广泛接受 一直沿用至今 是一个非常重要的常数 一位德国数学家评论道 历史上一个 国家所算得的圆周率的准确程度 可以作为衡量这个国家当时数学发 展水平的重要标志 古今中外很多数学家都孜孜不倦地寻求过值的计 算方法 从埃及到巴比伦到中国一直都在对圆周率的精确值做出研究 早期的测算中人们使用了很粗糙方法 古埃及 古希腊人曾用谷 粒摆在圆形上 以数粒数与方形对比的方法取得数值 或用匀重木板 锯成圆形和方形以秤量对比取值 由此 得到圆周率的稍好些的值 在我国东 西汉之交 新朝王莽令刘歆制造量的容器 律嘉量斛 刘歆在制造标准容器的过程中就需要用到圆周率的值 他得到一些关 于圆周率的并不划一的近似值 分别为 3 1547 3 1992 3 1498 3 2031 比径一周三的古率已有所进步 人类 的这种探索的结果 当主要估计圆田面积时 对生产没有太大影响 但以此来制造器皿或其它计算就不合适了 转图为汉莽新嘉量铭文 公元前 200 年间古希腊数学家阿基米德首先从理论上给出 值 的正确求法 他专门写了一篇论文 圆的度量 用圆外切与内接多边形 的周长以大小两个方向上同时逐步逼近圆的周长 巧妙地求得 这 是第一次在科学中创用上下界来确定近似值 公元前 150 年左右 另 一位古希腊数学家托勒密用弦表法 以 1 的圆心角所对弦长乘以 360 再除以圆的直径 给出了 的近似值 3 1416 公元 200 年间 我国数学家刘徽在注释 九章算术 中独立发现了 用几何方法求圆周率的方法 称之为 割圆术 刘徽由正六边形开 始 不断倍增正多边形的边数 正六正六边边形形 正十二正十二边边形形 正二十四正二十四边边形形 正四十八正四十八边边形形 边数越多越接近圆 最后刘徽求得 3 1416 刘薇与阿基米德的方法有所不同 他只从圆内接正六边形入手 也是不断将边数加倍 只是刘薇用正多边形的面积逼近圆的面积 刘 薇认为 割之弥细 所失弥少 割之又割 以至于不可割 则与圆周合 体 而无所失矣 包含有朴素的极限思想 公元 460 年 南朝的祖冲之 利用刘薇的割圆术 把值算到小数点后第七位 3 1415926 这个具有 七位小数的圆周率当时是世界首次 祖冲之还找到了两个分数 22 7 和 355 113 用分数来代替 极大地简化了计算 这种思想比西方 早一千年 可见当时的中国数学家对圆周率的值作了比较的精确计算 为中国日后的数学发展起着举足轻重的作用 1579 年法国韦达发现了关系式 首次摆脱了几何学的陈旧方法 寻求到了 的解析表达式 1650 年瓦里斯把 表示成无穷乘积 无 穷连分数 无穷级数等各种值表达式纷纷出现 值计算精度也迅速增 加 稍后 莱布尼茨发现接着欧拉证明了这些公式的计算量都很大 尽管形式非常简单 值的计算方法的最大突破是找到了它的反正切 函数表达式 1706 年英国数学家麦欣首先发现了其计算速度远远超 过方典算法 某个古代文牍员以不同长度的半径画了一些圆 他取了每个圆的 直径 将半径加倍 只是为了好玩 他决定以每个圆的直径为单位长度 在圆周上丈量 令人惊奇的是 不管圆的大小如何 圆周总是直径的 3 倍多一点 由于 与圆的特殊关系 故数学家设计用来计算出圆的 面积和周长的新方法 对于计算各种数量 例如体积 面积 周长以及任何与圆 圆柱 圆锥 球有关的数量 是必要的且只要 3 14 本世纪五十年代以后 圆周率 的计算开始借助于电子计算机 从而出现了新的突破 目前 有人宣称已经把 计算到了亿位甚至十亿位以上的有效数字 在科 学领域计算中 圆周率一般要求 10 位数值已够用 如用它计算地球 的周长 误差只以厘米计 更精密的计算最多需要的 30 位数值 因此 人们孜孜以求圆周率的多位数值已非实际需要 现在计算的几百万位 小数多是为了验证计算公式的效能和计算机将依靠来检验它们的能 力 并测试它们的准确度和速率 当然也有打破原记录的心情驱使 世界记录毕竟是人类向往的目标之一 人们试图从统计上获悉的各位数字式否有某种规律 竞争还在继 续 正如有人所说 数学家探索中的进程也像这个数一样 永不循环 无止无休 在进行计算的同时 数学家们对圆周率的理论性质进行了研究 1761 年 数学家兰伯特证明了 是一个无理数 即它是一个无限不循 环的小数 不能表示成任何两个整数之比 1794 年 法国数学家勒让 德又证明 是无理数 1882 年 德国数学家林德曼证明了圆周率是一 个超越数 即它不是任何一个整系数代数多项式方程的根 林德曼也 因此间接解决了困惑人们两千多年的化圆为方问题 说明了该问题尺 规作图的不可能性 还有人对与其它数字的联系进行研究 如 1929 年 苏联数学家格尔丰德证明了 是超越数 随着数学的不断发展 人们的应用不再局限于求圆的面积和周长 椭圆 萁舌线 旋轮线等面积公式中也都出现了 值 此外 一些函 数的定义 积分的计算 指数的构成等都要用到 例如 1777 年 法 国数学家蒲丰研究投针问题 将一根长为 l 的的针任意投到画有间距 为 a a l 的平行线的平面上 他得到得结论是 该针与任一平行线相 交的概率是 p 2l a 圆周率与随机现象产生了密切联系即 在概率 中也有作用 在数学中还有一个重要公式 4log 1 i 1 i i 2 将圆周 率与虚数单位 i 联系起来 1740 年 欧拉进一步得到关系式 e i 1 0 将数学中 5 个重要的数学最重要的两个运算符号统一在一 个公式中 令人拍案叫绝 在数论中 法国人沙特尔 1904 年得到一 个定理 任一写下两个整数 则它们互素的概率是 6 一个简单的 圆周率 几乎无所不在 为什么数学家们还象登山运动员那样 奋力向上攀登 一直求下 去而不是停止对 的探索呢 为什么其小数值有如此的魅力呢 这 其中大概免不了有人类的好奇心与领先于人的心态作怪 但除此之外 还有许多其它原因 1 它现在可以被人们用来测试或检验超级计算机的各项性能 特别是运算速度与计算过程的稳定性 2 计算的方法和思路可以引发新的概念和思想 的故事讲 述的是人类的胜利 而不是机器的胜利 3 还有一个关于 的计算的问题是 我们能否无限地继续算下 去 4 作为一个无穷数列 数学家感兴趣的把 展开到上亿位 能 够提供充足的数据来验证人们所提出的某些理论问题 可以发现许多 迷人的性质 如 在 的十进展开中 10 个数字 哪些比较稀 哪些 比较密 的数字展开中某些数字出现的频率会比另一些高吗 或 许它们并非完全随意 这样的想法并非是无聊之举 只有那些思想敏 锐的人才会问这种貌似简单 许多人司空见惯但却不屑发问的问题 在这方面 还有如下的统计结果 在 60 亿数字中已出现连在一起 的 8 个 8 9 个 7 10 个 6 小数点后第 710150 位与 3204765 位开始 均连续出现了七个 3 小数点 52638 位起连续出现了 14142135 这八 个数字 这恰是的前八位 小数点后第 2747956 位起 出现了有趣的 数列 876543210 遗憾的是前面缺个 9 还有更有趣的数列 123456789 也出现了 如果继续下去 看来各种类型的数字列组合可能都会出 现 背诵圆周率能够锻炼