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有哪些科學家研究了圓周率

生活 更新时间:2024-07-31 12:23:59
關于圓周率

圓周率相信大家都很熟悉,曆史上衆多數學家為了計算它的精确值,都付出了不懈的努力。

圓周率是圓的周長與直徑之比,通常用希臘字母π來表示。它在數值上為3.141592……,是一個無限不循環小數或者說無理數,就是不能表示成兩個整數之比。隻有有理數才能表示成兩個整數之比。

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圓周率在數學上非常重要,很多場合都要用到它,與自然常數(e=2.718281……)一樣,π在整個自然科學領域中的應用也非常廣泛。在物理學上,像廣義相對論中的引力場方程、量子力學中的不确定性原理等,都涉及到圓周率π。

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作為無限不循環小數,圓周率小數點後面的數字永遠都不會循環,并且無窮無盡。這意味着,隻要你願意,你就可以在圓周率小數點後面找到任何一組數字,這組數字既可以是你的生日,也可以是你的手機号碼。

圓周率的計算史

古人很早就知道了圓周率的存在,并初步得出了周三徑一的概念。在沒有計算機的時代,圓周率的計算十分費時費力,要靠人力手工計算,還很容易出錯。

計算圓周率最原始的方法就是拿尺子量,不過這樣得出的結果并不精确。曆史上最早采用的科學計算方法是幾何逼近,就是利用正多邊形逼近圓 ,正多邊形的邊數越多時,計算得到的圓周率數值也就越精确。根據記載,世界曆史上第一次采用這種方法的是古希臘數學家阿基米德。

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公元480年左右,南北朝時期的數學家祖沖之利用劉徽創立的割圓術将圓周率精确到小數點後7位。祖沖之的這一記錄保持了近千年。這一方法與阿基米德所用的方法類似。

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直到微積分的發明,數學家們開始利用無窮級數等來計算圓周率,擺脫了以往的繁複計算,圓周率的計算才變得更加輕松,計算精度也得到很大提高。1948年,英國的弗格森和美國的倫奇将圓周率計算到了小數點後808位,這是手工計算圓周率數值的最高紀錄。在此之後,再也沒有人嘗試用手工計算打破紀錄了,因為計算機的時代到來了。

以下就是可以計算圓周率的部分公式:

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自從上世紀中葉有了計算機,圓周率的計算就突飛猛進。1949年,立馬就算到了小數點後2037位,這一過程耗時70小時。此後不斷突破,到了2019年,谷歌的工程師通過超級計算機,耗時4個月,将圓周率精确到了小數點後31.4萬億位。31.4,紀念意義不言而喻。

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其實,隻要擁有足夠的資金和時間,未來這一紀錄還會被不斷地打破。

為什麼要繼續算下去,意義何在?

在日常生活中的計算問題上,圓周率隻需要保留到小數點後幾位就可以了。即使是工程或者物理上的計算,最多也隻需取值至小數點後幾十位。如果以40位精度的圓周率數值來計算可觀測宇宙的大小,誤差可以控制到一個氫原子直徑之内。這意味着,圓周率精确到小數點後幾百位就已經夠用了。

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很多數學家都為了算出更加精确的圓周率數值而努力過,可始終都沒有算到頭。直到1761年,蘭伯特證明圓周率是一個無理數,人們才最終明白圓周率是不可能算到盡頭的。在1882年的時候,當林德曼證明了圓周率是超越數之後,圓周率就再也沒有什麼神秘面紗了。超越數就是不能作為有理系數多項式方程的根的數,與之對應的是代數數。自然常數和圓周率都是超越數。

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既然超高精度的圓周率值已沒有意義,科學家也知道圓周率是一個無限不循環小數,永遠也不可能算盡,為什麼科學家還如此執着?還要繼續算下去?

圓周率是一個非常重要的常數。有人說圓周率中隐藏着宇宙的秘密,科學家不斷地計算,就是為了破解圓周率中的秘密,發現它,就能打開新世界的大門。可這些人為賦予的神秘色彩,并不靠譜,完全沒有科學依據。

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其實,科學家之所以不斷刷新着圓周率值的精度紀錄,并不為别的,主要是為了驗證超級計算機的性能。因為要想在短時間内獲得高精度的圓周率數值,計算機的性能就必須非常強大。圓周率的計算比較有代表性,選擇它,并打破紀錄,也比較容易引人注目。

當然,有些人計算圓周率完全是出于興趣愛好,純粹就是為了打破紀錄,并沒有什麼别的想法。

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