3月14日,是國際π日,這個最常用的數學常數之一從4000年前走到今天,小數點后已經有62.8萬億位了。為了記錄這個數,可以寫詩,也可以寫小說。
昨天是3月14日,這個日子看起來有些眼熟嗎?
3.14,讓你想到了什么?
沒錯,就是π了,如果你愿意,可以叫它「國際π日」
想象一下,現在你的面前有一杯茶,杯口是圓的,找一根繩子繞著杯子一周,然后量一下這段繩子的長度。把勺子放在杯子上,確保它橫跨杯子的中心,并測量從一邊到另一邊的長度,也就是杯口的直徑。
最后,用周長除以直徑,并記錄下結果。下次你喝湯時,用湯碗重復上面這個過程。
你會發(fā)現,在這兩種情況下,你記錄下的結果非常接近。如果用其他圓形物體做實驗,你會發(fā)現,無論目標大小,只要是圓形,這個結果都會非常接近3.14。
這個數就是圓周率,以希臘字母π表示,用這個字母表示圓周率,始于1706年。不過,人類對這個重要數學常數的迷戀,則可以追溯到幾千年前。
跨越4000年的π:中國曾領先世界800年
至少在4000年前,人們已經認識到π的重要性了。
《圓周率的歷史》一書指出,早在公元前 2000 年時,「古巴比倫人和古埃及人已經意識到常數 π 的存在和意義,他們已經認識到,每個圓的周長與直徑之比都是相同的。」
后來古希臘的數學家,尤其是阿基米德,對π的近似值做出了更加精確的估算。
公元前250年,阿基米德用正多邊形算法,進一步確定了π的精確值在 223/71 和 22/7 之間,也就是介于3.140到3.142之間。
這是人類史上第一個有紀錄、嚴謹計算π值的算法。
阿基米德的算法是計算圓的外切正六邊形及內接正六邊形的邊長,以此計算π的上限和下限,之后再將六邊形變成十二邊形,繼續(xù)計算邊長,一直計算到正九十六邊形,實現上下限的不斷逼近。
與阿基米德年代相近的科學家托勒密,則第一個提出了精確到小數點后三位的近似π值:3.141。
公元5世紀時,中國數學家祖沖之用幾何方法首次將圓周率計算到小數點后7位,提出π的精確值在3.1415926到3.1415927之間。在此后約800年的時間里,這個結果都是對π值最精確的估計。
為紀念祖沖之對圓周率發(fā)展的貢獻,日本數學家三上義夫將這一推算值命名為「祖沖之圓周率」,簡稱「祖率」。
直到14世紀,印度數學家Madhava of Sangamagrama將π值推到了小數點后11位。
到 20 世紀初時,已知的圓周率大約有 500 位。進入現代,由于計算技術的進步和計算機的應用,已經算出的圓周率已經達到了 60 億位以上。
截至2021年8月,該記錄更是達到了62.8萬億位。
隨著對圓周率數字的認識的擴大,人們試圖發(fā)現一種模式。一個簡單的規(guī)則來一次性描述所有的數字,或者像古希臘人所希望的那樣,精確地確定π。
然而,在18世紀時,法國數學家約翰-海因里希-蘭伯特證明,π的十進制擴展并不遵循任何簡單的數字規(guī)則;也就是說,π是無理數,對它的越來越精確的推算是沒有盡頭的。
從定義上看,π的定義很簡單,而且抓住了一個基本的幾何學事實:兩個確定長度之間的比率
同時,計算π對一些有史以來最優(yōu)秀的數學家來說是一個挑戰(zhàn)。
從某種意義上說,它永遠不可能被簡單的計算完全終結。這些因素促成了π的誘惑力,也許是它對我們文化持續(xù)影響的一個來源。
記不住π值咋辦:寫首詩,或者寫本小說?
π對社會的影響已經超出了數學領域,現在π有紀念節(jié)日,在詩歌和其他文化中,也可以發(fā)現π的身影。
每年的3月14日是就π節(jié),紀念活動也是簡單明了,吃圓形餡餅(Pie),舉辦背誦圓周率的大賽。
除了一年一度的紀念節(jié)日,π還出現在了詩歌里,比如下面這首詩:
Pie
I wish I could determine pi
Eureka, cried the great inventor
Christmas pudding, Christmas pie
Is the problem’s very centre.
內容有點莫名其妙是吧,實際上這首詩翻譯過來就是一個字母:π。
詩中(含標題)每個單詞的字母數連起來,是3.14159265358979323846,這就是精確到20位小數的π值。
實際上,你也可以把這首詩視作一種記憶π值的工具。
由于π的位數是無限的,一首短詩的長度顯然已經滿足不了所有人。于是有人按照這個思路寫了本小說。
作者邁克爾·基思在這本書中記錄了圓周率的前一萬位數字,書名為《并非覺醒》(Not a Wake),沒錯,就是3.14。
對了,這本書在亞馬遜上的Kindle數字版定價為3.14美元,紙質版定價為11.44美元。
前面這個定價自不必說,各位可以猜猜,后邊這個定價和π有什么關系~
參考資料:
http://www.cadaeic.net/notawake.htm
https://thenextweb.com/news/pi-day-brief-history-obsession
https://www.scientificamerican.com/article/what-is-pi-and-how-did-it-originate/
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