圆周率ppt

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
匾清楚地记载了圆周率 = 25/8 = 3.125。 同一时期的古埃及文物也表明圆周率等
于分数16/9的平方Βιβλιοθήκη Baidu约等于3.16。 埃及人似乎在更早的时候就知道圆周率
了。
英国作家 John Taylor (1781–1864) 在其名著《金字塔》中指出,造于公元前 2500年左右的金字塔和圆周率有关。
公元480年左右,南北朝时期的数学家祖冲之 进一步得出精确到小数点后7位的π值,给出不足 近似值3.1415926和过剩近似值3.1415927,还得 到两个近似分数值,密率355/113和约率22/7。在 之后的800年里祖冲之计算出的π值都是最准确的。 其中的密率在西方直到1573年才由德国人奥托得 到,1625年发表于荷兰工程师安托尼斯的著作中, 欧洲称之为安托尼斯率。
排版软件TeX从第三版之后的版本号为逐次增加一位小数, 使之越来越接近π的值:3.1,3.14,……当前的最新版本 号是3.141592
3月14日为圆周率日,“终极圆周率日”则是1592年3月 14日6时54分,(因为其英式记法为“3/14/15926.54”,恰 好是圆周率的十位近似值。)和3141年5月9日2时6分5秒 (从前往后,3.14159265)4.
其二是英国的威廉·山克斯,他耗费了15年的光阴, 在1874年算出了圆周率的小数点后707位,并将 其刻在了墓碑上作为一生的荣誉。可惜,后人发 现,他从第528位开始就算错了。[7]
圆周率的最新计算纪录由日本筑波大学所创造。 他们于2009年算出π值2576980370000 位小数, 这一结果打破了由日本人金田康正的队伍于2002 年创造的1241100000000位小数的世界纪录。
中国古算书《周髀算经》(约公元前2世纪)的 中有“径一而周三”的记载,意即取π=3。[4]汉 朝时,张衡得出π的平方除以16等于5/8,即π等 于10的开方(约为3.162)。这个值不太准确,但 它简单易理解。
公元263年,中国数学家刘徽用“割圆术”计 算圆周率,他先从圆内接正六边形,逐次分割一 直算到圆内接正192边形。他说“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。”,包含了求极限的思想。后来 发现3.14这个数值还是偏小。于是继续割圆到 1536边形,求出3072边形的面积,得到令自己满 意的圆周率3927/1250=3.1416。
代数
π是个无理数,即不可表达成两个整数之比, 是由JohannHeinrich Lambert于1761年证 明的。 1882年,Ferdinand Lindemann更 证明了π是超越数,即不可能是任何有理数 多项式的根。
圆周率的超越性否定了化圆为方这古老尺 规作图问题的可能性,因所有尺规作图只 能得出代数数,而超越数不是代数数。
分析法时期
这一时期人们开始利用无穷级数或无穷连乘积求π,摆脱可割圆
术的繁复计算。无穷乘积式、无穷连分数、无穷级数等各种π值表达 式纷纷出现,使得π值计算精度迅速增加。 鲁道夫·范·科伊伦(约1600年)计算出π的小数点后首35位。 斯洛文尼亚数学家JurijVega于1789年得出π的小数点后首140位,其 中只有137位是正确的。这个世界纪录维持了五十年。他利用了 JohnMachin于1706年提出的数式。 但是上述的方法都不能快速算出π。第一个快速算法由英国数学家梅 钦提出,1706年梅钦计算π值突破100位小数大关,他利用了如下公 式:[6]
定义:
圆周率,一般以π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。 在 分析学上,π可以严格地定义为满足sin(x) = 0的最小正实数x。
历史发展:
实验时期 一块产于公元前1900年的古巴比伦石
在1976年,新的突破出现了。萨拉明(Eugene Salamin) 发表了一条新的公式,那是一条二次收敛算则,也就是说 每经过一次计算,有效数字就会倍增。高斯以前也发现了 一条类似的公式,但十分复杂,在那没有电脑的时代是不 可行的。之后,不断有人以高速电脑结合类似萨拉明的算 则来计算π的值。
1989年美国哥伦比亚大学研究人员用克雷-2型 和IBM-VF型巨型电子计算机计算出π值小数点 后4.8亿位数,后又继续算到小数点后10.1亿位数, 创下最新的纪录。2010年1月7日——法国一工程 师将圆周率算到小数点后27000亿位。2010年8月 30日——日本计算机奇才近藤茂利用家用计算机 和云计算相结合,计算出圆周率到小数点后5万亿 位。
其中arctan(x)可由泰勒级数算出。类似方法称为“梅钦类公式”。 1873 年另一位英国数学家尚可斯将π值计算到小数点后707位,可惜 他的结果从528位起是错的。到1948年英国的弗格森和美国的伦奇共 同发表了π的808位小数值,成为人工计算圆周率值的最高纪录。
计算机时代
1949年,美国制造的世上首部电脑-ENIAC(Electronic Numerical Interatorand Computer)在亚伯丁试验场启用 了。 次年,里特韦斯纳、冯纽曼和梅卓普利斯利用这部电脑, 计算出π的2037个小数位。这部电脑只用了70小时就完成 了这项工作,扣除插入打孔卡所花的时间,等于平均两分 钟算出一位数。五年后,NORC(海军兵器研究计算机) 只用了13分钟,就算出π的3089个小数位。科技不断进步, 电脑的运算速度也越来越快,在60年代至70年代,随着美、 英、法的电脑科学家不断地进行电脑上的竞争,π的值也 越来越精确。在1973年,Jean Guilloud和M. Bouyer发现 了π的第一百万个小数位。
日本人AkiraHaraguchi曾在2005年将π背到了小数点后第 83431 位,创造了个人背诵圆周率的世界纪录。
在Google公司2005年的一次公开募股中,集资额不是通 常的整头数,而是$14,159,265,这当然是由π小数点后的 位数得来。(顺便一提,谷歌公司2004年的首次公开募股, 集资额为$2,718,281,828,与数学常数e有关)
圆周率符号
一个是355/113(约等于3.1415927),这 一个数比较精密,祖冲之称它为“密率”。另 一个是22/7(约等于3.14),这一个数比较 粗疏,所以祖冲之称它为“约率”。
祖冲之求得“密率”,并且明确地用上、下两 限来说明圆周率这个数值的范围。在一千 五百年前,他有这样的成就和认识,真值 得我们钦佩。
趣味记忆圆周率
趣味记忆圆周率100位
先设想一个酒徒在山寺狂饮,醉死山沟的情景: 山巅一寺一壶酒(3.14159),儿乐(26),我三壶不够吃 (535897),酒撒了(932)!闪不死(384),遛了遛(626), 死山扇把扇(43383),儿弃沟(279)。[前30位] 接着设想“死”者父亲得知儿“死”后的心情: 吾疼儿(502),白白死已够凄矣(8841971),留给山沟沟 (69399)。[15位] 再设想“死”者父亲到山沟寻找儿子的情景: 山拐我腰痛(37510),我怕你冻久(58209),凄事久思思 (74944)。[15位] 然后是父亲在山沟里把儿子找到,并把他救活。儿子迷途知返的 情景: 吾救儿(592),山洞拐(307),不宜留(816)。四邻乐(406 ),儿不乐(286),儿疼爸久久(20899)。爸乐儿不懂(86280 )。‘三思吧(348)!’儿悟(25)。三思而依依(34211), 妻等乐其久(70679)[最后40位] π = 3.1415926535 8979323846 2643383279 5028841971 6939937510
约在公元530年,印度数学大师阿耶波多利 用384边形的周长,算出圆周率约为 √9.8684。婆罗门笈多采用另一套方法,推 论出圆周率等于10的算术平方根。
阿拉伯数学家卡西在15世纪初求得圆周率 17位精确小数值,打破祖冲之保持近千年 的纪录。德国数学家柯伦于1596年将π值算 到20位小数值,后投入毕生精力,于1610 年算到小数后35位数,该数值被用他的名 字称为鲁道夫数。
数学分析 特斯林近似公式: 欧拉恒等式: π的连分数表示:
数论
两个任意自然数是互质的概率是 6/(π*π)。 任取一个任意整数,该整数没有重复质因
子的概率为 6/(π*π)。 一个任意整数平均可用 π/4 个方法写成两
个完全数之和。
概率论
设我们有一个以平行且等距木纹铺成的地 板,现在随意抛一支长度比木纹之间距离 小的针,求针和其中一条木纹相交的概率。 这就是布丰投针问题。1777 年,布丰自己 解决了这个问题——这个概率值是 1/π。
从理论上来讲,如果内接正多边形的边数增加 到无限多时,那时正多边形的周界就会同圆周密切 重合在一起,从此计算出来的内接无限正多边形的 面积,也就和圆面积相等了。不过事实上,我们不 可能把内接正多边形的边数增加到无限多,只能有 限度地增加内接正多边形的边数,使它的周界和圆 周接近重合。
刘徽从圆内接正六边形开始,逐次加倍地增加 边数,一直计算到内接正九十六边形为止,求得了 圆周率是3.141024。把这个数化为分数,就是 157/50。刘徽所求得的圆周率,后来被称为“徽率”。 他这种计算方法,实际上已具备了近代数学中的极 限概念。
统计学 正态分布的概率密度函数:
物理学 海森堡不确定性原理:
相对论的场方程:
趣闻事件:
历史上最马拉松式的手工π值计算,其一是德国 的LudolphVan Ceulen,他几乎耗尽了一生的时 间,计算到圆的内接正262边形,于1609年得到 了圆周率的35位精度值,以至于圆周率在德国被 称为Ludolph数;
例如,金字塔的周长和高度之比等 于圆周率的两倍,正好等于圆的周长和半 径之比。
公元前800至600年成文的古印度宗 教巨著《百道梵书》(Satapatha Brahmana)显示了圆周率等于分数 339/108, 约等于3.139。[3]
几何法时期
古希腊作为古代几何王国对圆周率的贡献尤为突 出。古希腊大数学家阿基米德(公元前287–212 年) 开创了人类历史上通过数学算法计算圆周率近似 值的先河。他求出圆周率的下界和上界分别为 223/71 和22/7, 并取它们的平均值3.141851 为 圆周率的近似值。阿基米德用到了迭代算法和两 侧数值逼近的概念,称得上是“计算数学”的鼻 祖。
祖冲之35岁时,他开始计算圆周率。
在中国古代,人们从实践中认识到,圆的 周长是“圆径一而周三有余”,也就是圆 的周长是圆直径的三倍多,但是多多少, 意见不一。
祖冲之不但精通天文、历法,他在数学方面的贡献,特别 对“圆周率”研究 的杰出成就,更是超越前代,在世界数学 史上放射着异彩。
圆周率的应用很广泛。尤其是在天文、历法方面,凡牵涉 到圆的一切问题,都要使用圆周率来推算。我国古代劳动 人民在生产实践中求得的最早的圆周率值是“ 3”,后来, 随着天文、数学等科学的发展,研究圆周率的人越来越多 了。西汉末年的刘歆首先抛弃“3”这个不精确的圆周率值, 他曾经采用过的圆周率是3.547。东汉的张衡也算出圆周 率为π=3.1622。这些数值比起π=3当然有了很大的进步, 但是还远远不够精密。到了三国末年,数学家刘徽创造了 用割圆术来求圆周率的方法,圆周率的研究才获得了重大 的进展。
2011年10月16日,日本长野县饭田市公司职员近 藤茂利用家中电脑将圆周率计算到小数点后10万 亿位,刷新了2010年8月由他自己创下的5万亿位 吉尼斯世界纪录。今年56岁近藤茂使用的是自己 组装的计算机,从去年10月起开始计算,花费约 一年时间刷新了纪录。
在各领域的用途:
几何
圆柱 底面积:πr*r 底面周长:2πr、πd 侧面积:πdh、2πrh 表面积:2πr*r+πdh、2πrh 体积:sh、πr*rh(底面积×高) 圆锥 底面积:πr*r 底面周长:2πr、πd 体积:1/3sh、πr*rh 扇形 面积公式: n/360*πr²(其中n表示该扇形对应的角度) 弧长公式:n/180*πr(其中n表示该扇形对应的角度) 圆 面积:πr*r 周长:2πr、πd 圆环 面积:π(R*R-r*r) 周长:2πr、πd
7月22日为圆周率近似日(英国式日期记作22/7,看成圆 周率的近似分数)
有数学家认为真正的圆周率应为2π,并将“真正的圆周率” 记为τ(发音:tau)。数学界对圆周率到底是π还是τ长期 存在争论。[8
祖冲之和圆周率
祖冲之是中国古代伟大的数学家和天文学 家。祖冲之于公元429年出生在建康(今江 苏南京),他家历代都对天文历法有研究, 他从小就接触数学和天文知识,公元464年,
相关文档
最新文档