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數學很多圓的一道題

生活 更新时间:2024-11-25 05:42:54

從物理的角度給你做一個類比。其實,學物理學到一定的境界,你會發現物理中隻有兩個速度,一個是速度等于0,另外一個是速度等于光速。為什麼會這樣?因為如果一個速度不等于光速的物體,我們把參考系改到這個物體本身,就可以發現這個物體的速度等于零。所以,在物理中,與速度有關的常數其實隻有一個,那就是光速。而且速度的這個世界是一個二進制的世界,要麼0,要麼光速。

數學很多圓的一道題(為什麼很多和圓沒關系的公式裡卻都含有π)1


在數學中,也有類似的現象,表面上我們看到有很多數,但真正有重要意義的數隻有圓周率與歐拉自然常數等少數幾個數——這些常數一般是無理數,但它們是有幾何意義的,而且都與無限求和有關。比如我們把自然數的平方的倒數和求出來,就會自然出現圓周率。那麼問題來了,正如你所說,為什麼要出現圓周率?1994年,有一個叫john. tate的哈佛大學教授提出了所謂的動機理論。在這個理論中,黎曼函數起到了最基礎的作用。這個理論中,有人研究了費曼圖,發現費曼圖中的環圈的數量與一個叫做權重的數學概念有關。所有權重等于0的周期對應着代數數。而圓周率這樣的數對應的權重是2。黎曼級數的權重是比2大的各個偶數。在這個理論中,按照權重來分類,這個世界的數學結構也很簡單。我們日常生活中遇見的很多問題與圓周率有關,本質上就是權重為2。

數學很多圓的一道題(為什麼很多和圓沒關系的公式裡卻都含有π)2


不隻數學公式,更重要是物理公式,隻要有π,就必然與旋轉運動有關。旋轉,包括自旋與繞旋或進動,正是一切運動的根本特征。

例1:歐拉公式:e^iπ=-1,意味着自然螺旋沿着單位元(R=1)切向逆時針旋轉180°,等效于直線坐标系的單位1反向位移1個單位(-1)。

例2:正弦函數值:sinπ/6=1/2,意味着在平面直角坐标系中,單位1逆旋30°後在縱軸上的投影值。

例3:狄拉克常數:hbar=h/4π,也叫約化普朗克常數,意味着線性動量距h=mcλ旋轉圈。

深層蘊涵:在正負電子湮滅反應中,臨界光子的波長,即電子康普頓波長λ*=2.42e-12m,可折換成球形光子半徑:r*=λ*/2π=3.9e-13m,可推導普朗克常數:h=m*cλ*=6.63e-34Js。

例4:加速度定律:F=mv/r=m(2πω)/r,意味着,當物系所受合外力為零時,物系的運動狀态,要麼處于靜止,要麼作勻速圓周運動或測地線循環。

溫馨提示:數學常數,原本來自對物理實驗的參數大數據統計結果。要學會解釋數學常數的幾何意義乃至物理意義。

數學很多圓的一道題(為什麼很多和圓沒關系的公式裡卻都含有π)3


π 的定義最早是由圓來引出的,但是這并不意味着它一定和圓關聯。

現代數學揭示出,π 廣泛存在于數學的角角落落,甚至概率論中都有它的身影。

這意味着 π 的意義遠不止于圓, π 與圓關聯隻是一種表象。

在現代,我們甚至可以抛棄它的原始定義(周長直徑之比),從各個角度給它新的定義。隻有這些新定義的出現,才能使我們從不同角度更深刻地理解其内涵

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