第二百九十八章

第二百九十八章

墓碑上的蝌蚪文,已經沒有辦法辨認了,蘭陵不認識,古青鳥也不認識。

古青鳥好奇道:「這個人既然留下了這個墓碑,難道不是想讓人知道他是誰,到底在這兒留下了什麼嗎?但是用蝌蚪文寫墓誌銘,誰能看得懂?」

「那就只有一種可能了。」蘭陵說道:「就是這個人想要留下的東西只有專門的人看得懂,我是不知道這個專門的人到底是誰,但是絕對不是我們倆。」

古青鳥點點頭,表示好像是這樣:「但是我們現在怎麼找到通往那個空間的門戶?」

蘭陵想了想說:「周圍一定會有什麼痕迹,能量的痕迹或者什麼卡關的痕迹,我們好好找一找。」

事到如今,大概也就只能這樣了,古青鳥和蘭陵分開來,沿着坑洞的邊緣朝兩個方向一邊走一邊找,尋找一些線索。

很快地,古青鳥就發現,這個坑洞好像並不是一個規則的圓形,而是一個很多邊的多邊形。

由三條或三條以上的線段首尾順次連接所組成的平面圖形叫做多邊形。按照不同的標準,多邊形可以分為正多邊形和非正多邊形、凸多邊形及凹多邊形等。

所謂「割圓術」,是用圓內接正多邊形的面積去無限逼近圓面積並以此求取圓周率的方法。「圓,一中同長也」。意思是說:圓只有一個中心,圓周上每一點到中心的距離相等。早在我國先秦時期,《墨經》上就已經給出了圓的這個定義,而公元前11世紀,我國西周時期數學家商高也曾與周公討論過圓與方的關係。認識了圓,人們也就開始了有關於圓的種種計算,特別是計算圓的面積。我國古代數學經典《九章算術》在第一章「方田」章中寫到「半周半徑相乘得積步」,也就是我們現在(2019年)所熟悉的公式。

為了證明這個公式,我國魏晉時期數學家劉徽於公元263年撰寫《九章算術注》,在這一公式後面寫了一篇1800餘字的註記,這篇註記就是數學史上著名的「割圓術」。數學意義

「割圓術」,則是以「圓內接正多邊形的面積」,來無限逼近「圓面積」。劉徽形容他的「割圓術」說:割之彌細,所失彌少,割之又割,以至於不可割,則與圓合體,而無所失矣。

即通過圓內接正多邊形細割圓,並使正多邊形的周長無限接近圓的周長,進而來求得較為精確的圓周率。

劉徽發明「割圓術」是為求「圓周率」。那麼圓周率究竟是指什麼呢?它其實就是指「圓周長與該圓直徑的比率」。很幸運,這是個不變的「常數」!我們人類藉助它可以進行關於圓和球體的各種計算。如果沒有它,那麼我們對圓和球體等將束手無策。同樣,圓周率數值的「準確性」,也直接關乎到我們有關計算的準確性和精確度。這就是人類為什麼要求圓周率,而且要求得準的原因。

根據「圓周長/圓直徑=圓周率」,那麼圓周長=圓直徑*圓周率=2*半徑*圓周率(這就是我們熟悉的圓周長=2π

的來由)。因此「圓周長公式」根本就不用背的,只要有小學知識,知道「圓周率的含義」,就可自行推導計算。也許大家都知道「圓周率和π」,但它的「含義及作用」往往被忽略,這也就是割圓術的意義所在。

由於「圓周率=圓周長/圓直徑」,其中「直徑」是直的,好測量;難計算精確的是「圓周長」。而通過劉徽的「割圓術」,這個難題解決了。只要認真、耐心地精算出圓周長,就可得出較為精確的「圓周率」了。——眾所周知,在中國祖沖之最終完成了這個工作。

發展歷史編輯

中國古代從先秦時期開始,一直是取「周三徑一」(即圓周周長與直徑的比率為3:1)的數值來進行有關圓的計算。但用這個數值進行計算的結果,往往誤差很大。正如劉徽所說,用「周三徑一」計算出來的圓周長,實際上不是圓的周長而是圓內接正六邊形的周長,其數值要比實際的圓周長小得多。東漢的張衡不滿足於這個結果,他從研究圓與它的外切正方形的關係着手得到圓周率。這個數值比「周三徑一」要好些,但劉徽認為其計算出來的圓周長必然要大於實際的圓周長,也不精確。劉徽以極限思想為指導,提出用「割圓術」來求圓周率,既大膽創新,又嚴密論證,從而為圓周率的計算指出了一條科學的道路。

在劉徽看來,既然用「周三徑一」計算出來的圓周長實際上是圓內接正六邊形的周長,與圓周長相差很多;那麼我們可以在圓內接正六邊形把圓周等分為六條弧的基礎上,再繼續等分,把每段弧再分割為二,做出一個圓內接正十二邊形,這個正十二邊形的周長不就要比正六邊形的周長更接近圓周了嗎?如果把圓周再繼續分割,做成一個圓內接正二十四邊形,那麼這個正二十四邊形的周長必然又比正十二邊形的周長更接近圓周。這就表明,越是把圓周分割得細,誤差就越少,其內接正多邊形的周長就越是接近圓周。如此不斷地分割下去,一直到圓周無法再分割為止,也就是到了圓內接正多邊形的邊數無限多的時候,它的周長就與圓周「合體」而完全一致了。

按照這樣的思路,劉徽把圓內接正多邊形的面積一直算到了正3072邊形,並由此而求得了圓周率為3.1415和3.1416這兩個近似數值。這個結果是當時世界上圓周率計算的最精確的數據。劉徽對自己創造的這個「割圓術」新方法非常自信,把它推廣到有關圓形計算的各個方面,從而使漢代以來的數學發展大大向前推進了一步。以後到了南北朝時期,祖沖之在劉徽的這一基礎上繼續努力,終於使圓周率精確到了小數點以後的第七位。在西方,這個成績是由法國數學家韋達於1593年取得的,比祖沖之要晚了一千一百多年。祖沖之還求得了圓周率的兩個分數值,一個是「約率」,另一個是「密率」.,其中這個值,在西方是由德國的奧托和荷蘭的安東尼茲在16世紀末才得到的,都比祖沖之晚了一千一百年。劉徽所創立的「割圓術」新方法對中國古代數學發展的重大貢獻,歷史是永遠不會忘記的。

基本演演算法編輯

根據劉徽的記載,在劉徽之前,人們求證圓面積公式時,是用圓內接正十二邊形的面積來代替圓面積。應用出入相補原理,將圓內接正十二邊形拼補成一個長方形,借用長方形的面積公式來論證《九章算術》的圓面積公式。劉徽指出,這個長方形是以圓內接正六邊形周長的一半作為長,以圓半徑作為高的長方形,它的面積是圓內接正十二邊形的面積。這種論證「合徑率一而弧周率三也」,即後來常說的「周三徑一」,當然不嚴密。他認為,圓內接正多邊形的面積與圓面積都有一個差,用有限次數的分割、拼補,是無法證明《九章算術》的圓面積公式的。因此劉徽大膽地將極限思想和無窮小分割引入了數學證明。他從圓內接正六邊形開始割圓,「割之彌細,所失彌少,割之又割,以至不可割,則與圓周合體,而無所失矣。」也就是說將圓內接正多邊形的邊數不斷加倍,則它們與圓面積的差就越來越小,而當邊數不能再加的時候,圓內接正多邊形的面積的極限就是圓面積。劉徽考察了內接多邊形的面積,也就是它的「冪」,同時提出了「差冪」的概念。「差冪」是后一次與前一次割圓的差值,可以用圖中陰影部分三角形的面積來表示。同時,它與兩個小黃三角形的面積和相等。劉徽指出,在用圓內接正多邊形逼近圓面積的過程中,圓半徑在正多邊形與圓之間有一段余徑。以余徑乘正多邊形的邊長,即2倍的「差冪」,加到這個正多邊形上,其面積則大於圓面積。這是圓面積的一個上界序列。劉徽認為,當圓內接正多邊形與圓是合體的極限狀態時,「則表無餘徑。表無餘徑,則冪不外出矣。」就是說,余徑消失了,余徑的長方形也就不存在了。因而,圓面積的這個上界序列的極限也是圓面積。於是內外兩側序列都趨向於同一數值,即,圓面積。

利用圓內接或外切正多邊形,求圓周率近似值的方法,其原理是當正多邊形的邊數增加時,它的邊長和逐漸逼近圓周。早在公元前5世紀,古希臘學者安蒂豐為了研究化圓為方問題就設計一種方法:先作一個圓內接正四邊形,以此為基礎作一個圓內接正八邊形,再逐次加倍其邊數,得到正16邊形、正32邊形等等,直至正多邊形的邊長小到恰與它們各自所在的圓周部分重合,他認為就可以完成化圓為方問題。到公元前3世紀,古希臘科學家阿基米德在《論球和圓柱》一書中利用窮竭法建立起這樣的命題:只要邊數足夠多,圓外切正多邊形的面積與內接正多邊形的面積之差可以任意小。阿基米德又在《圓的度量》一書中利用正多邊形割圓的方法得到圓周率的值小於三又七分之一而大於三又七十分之十,還說圓面積與外切正方形面積之比為11:14,即取圓周率等於22/7。公元263年,中國數學家劉徽在《九章算術注》中提出「割圓」之說,他從圓內接正六邊形開始,每次把邊數加倍,直至圓內接正96邊形,算得圓周率為3.14或157/50,後人稱之為徽率。書中還記載了圓周率更精確的值3927/1250(等於3.1416)。劉徽斷言「割之彌細,所失彌少,割之又割,以至於不可割,則與圓合體,而無所失矣」。其思想與古希臘窮竭法不謀而合。割圓術在圓周率計算史上曾長期使用。1610年德國數學家柯倫用2^62邊形將圓周率計算到小數點后35位。1630年格林貝爾格利用改進的方法計算到小數點后39位,成為割圓術計算圓周率的最好結果。分析方法發明后逐漸取代了割圓術,但割圓術作為計算圓周率最早的科學方法一直為人們所稱道。

圓周率的三角函數演演算法

圓周率的三角函數演演算法

π=lim(

→∞)1/2*si

(360°/

)*

思想價值編輯

在證明這個圓面積公式的時候有兩個重要思想,一個就是我們現在所講的極限思想。那麼第二步,更關鍵的一步,他把與圓周合體的這個正多邊形,就是不可再割的這個正多邊形,進行無窮小分割,再分割成無窮多個以圓心為頂點,以多邊形每邊為底的無窮多個小等腰三角形,這個底乘半徑為小三角形面積的兩倍,把所有這些底乘半徑加起來,應該是圓面積的兩倍。那麼就等於圓周長乘半徑等於兩個圓面積。所以一個圓面積等於半周乘半徑,所以劉徽說故半周乘半徑而為圓冪。那麼他的原話就是「以一面乘半徑,觚而裁之,每輒自倍。故以半周乘半徑而為圓冪」。最後完全證明了圓面積公式,證明了圓面積公式,也就證明了「周三徑一」的不精確。隨着圓面積公式的證明,劉徽也創造出了求圓周率精確近似值的科學程序。在劉徽之前古希臘數學家阿基米德也曾研究過求解圓周率的問題。

劉徽所處的時代是社會上軍閥割據,特別當時是魏、蜀、吳三國割據,那麼在這個時候中國的社會、政治、經濟發生了極大的變化,特別是思想界,文人學士們互相進行辯難,所以當時成為辯難之風,一幫文人學士找到一塊,就像我們大專辯論會那樣,一個正方一個反方,提出一個命題來大家互相辯論,在辯論的時候人們就要研究討論關於辯論的技術,思維的規律,所以在這一段人們的思想解放,應該說是在春秋戰國之後沒有過的,這時人們對思維規律研究特別發達,有人認為這時人們的抽象思維能力遠遠超過春秋戰國。劉徽在《九章算術注》的自序中表明,把探究數學的根源,作為自己從事數學研究的最高任務。他注《九章算術》的宗旨就是「析理以辭,解體用圖」。「析理」就是當時學者們互相辯難的代名詞。劉徽通過析數學之理,建立了中國傳統數學的理論體系。眾所周知,古希臘數學取得了非常高的成就,建立了嚴密的演繹體系。然而,劉徽的「割圓術」卻在人類歷史上首次將極限和無窮小分割引入數學證明,成為人類文明史中不朽的篇章。

劉徽(約225年—約295年),漢族,山東濱州鄒平市[1]人,魏晉期間偉大的數學家,中國古典數學理論的奠基人之一。在中國數學史上作出了極大的貢獻,他的傑作《九章算術注》和《海島算經》,是中國最寶貴的數學遺產。劉徽思想敏捷,方法靈活,既提倡推理又主張直觀。他是中國最早明確主張用邏輯推理的方式來論證數學命題的人。劉徽的一生是為數學刻苦探求的一生。他雖然地位低下,但人格高尚。他不是沽名釣譽的庸人,而是學而不厭的偉人,他給我們中華民族留下了寶貴的財富。

《九章算術》約成書於東漢之初,共有246個問題的解法。在許多方面:如解聯立方程,分數四則運算,正負數運算,幾何圖形的體積面積計算等,都屬於世界先進之列。劉徽在曹魏景初四年注《九章算術注》。

但因解法比較原始,缺乏必要的證明,劉徽則對此均作了補充證明。在這些證明中,顯示了他在眾多方面的創造性貢獻。他是世界上最早提出十進小數概念的人,並用十進小數來表示無理數的立方根。在代數方面,他正確地提出了正負數的概念及其加減運算的法則,改進了線性方程組的解法。在幾何方面,提出了"割圓術",即將圓周用內接或外切正多邊形窮竭的一種求圓面積和圓周長的方法。他利用割圓術科學地求出了圓周率π=3.1416的結果。他用割圓術,從直徑為2尺的圓內接正六邊形開始割圓,依次得正12邊形、正24邊形……,割得越細,正多邊形面積和圓面積之差越小,用他的原話說是「割之彌細,所失彌少,割之又割,以至於不可割,則與圓周合體而無所失矣。」他計算了3072邊形面積並驗證了這個值。劉徽提出的計算圓周率的科學方法,奠定了此後千餘年來中國圓周率計算在世界上的領先地位。

」的思想,這方法與後來求無理根的近似值的方法一致,它不僅是圓周率精確計算的必要條件,而且促進了十進小數的產生;在線性方程組解法中,他創造了比直除法更簡便的互乘相消法,與現今解法基本一致;並在中國數學史上第一次提出了「不定方程問題」;他還建立了等差級數前

項和公式;提出並定義了許多數學概念:如冪(面積);方程(線性方程組);正負數等等.劉徽還提出了許多公認正確的判斷作為證明的前提.他的大多數推理、證明都合乎邏輯,十分嚴謹,從而把《九章算術》及他自己提出的解法、公式建立在必然性的基礎之上。雖然劉徽沒有寫出自成體系的著作,但他注《九章算術》所運用的數學知識,實際上已經形成了一個獨具特色、包括概念和判斷、並以數學證明為其聯繫紐帶的理論體系。

劉徽在割圓術中提出的"割之彌細,所失彌少,割之又割以至於不可割,則與圓合體而無所失矣",這可視為中國古代極限觀念的佳作。《海島算經》一書中,劉徽精心選編了九個測量問題,這些題目的創造性、複雜性和富有代表性,都在當時為西方所矚目。劉徽思想敏捷,方法靈活,既提倡推理又主張直觀。他是我國最早明確主張用邏輯推理的方式來論證數學命題的人。

劉徽的數學成就大致為兩方面:

一是整理中國古代數學體系並奠定了它的理論基礎,這方面集中體現在《九章算術注》中。它實已形成為一個比較完整的理論體系:

①用數的同類與異類闡述了通分、約分、四則運算,以及繁分數化簡等的運演演算法則;在開方術的註釋中,他從開方不盡的意義出發,論述了無理方根的存在,並引進了新數,創造了用十進分數無限逼近無理根的方法。

②在籌式演算理論方面,先給率以比較明確的定義,又以遍乘、通約、齊同等三種基本運算為基礎,建立了數與式運算的統一的理論基礎,他還用「率」來定義中國古代數學中的「方程」,即現代數學中線性方程組的增廣矩陣。

③在勾股理論方面逐一論證了有關勾股定理與解勾股形的計算原理,建立了相似勾股形理論,發展了勾股測量術,通過對「勾中容橫」與「股中容直」之類的典型圖形的論析,形成了中國特色的相似理論。

面積與體積理論

用出入相補、以盈補虛的原理及「割圓術」的極限方法提出了劉徽原理,並解決了多種幾何形、幾何體的面積、體積計算問題。這些方面的理論價值至今仍閃爍著餘輝。

重差術

在自撰《海島算經》中,他提出了重差術,採用了重表、連索和累矩等測高測遠方法。他還運用「類推衍化」的方法,使重差術由兩次測望,發展為「三望」、「四望」。而印度在7世紀,歐洲在15~16世紀才開始研究兩次測望的問題。劉徽的工作,不僅對中國古代數學發展產生了深遠影響,而且在世界數學史上也確立了崇高的歷史地位。鑒於劉徽的巨大貢獻,所以不少書上把他稱作「中國數學史上的牛頓」。

其代表作《九章算術注》是對《九章算術》一書的註解。《九章算術》是中國流傳至今最古老的數學專著之一,它成書於西漢時期。這部書的完成經過了一段歷史過程,書中所收集的各種數學問題,有些是秦以前流傳的問題,長期以來經過多人刪補、修訂,最後由西漢時期的數學家整理完成。現今流傳的定本的內容在東漢之前已經形成。《九章算術》是中國最重要的一部經典數學著作,它的完成奠定了中國古代數學發展的基礎,在中國數學史上佔有極為重要的地位。現傳本《九章算術》共收集了246個應用問題和各種問題的解法,分別隸屬於方田、粟米、衰分、少廣、商功、均輸、盈不足、方程、勾股九章。

《九章算術》的產生是社會發展和數學知識長期積累的結果,它彙集了不同時期數學家的勞動成果。三國時的數學家劉徽認為:「周公制禮有九數,九數之流,則《九章》是矣。……漢北平侯張蒼、大司農中丞耿壽昌皆以善算命世。蒼等因舊文之遺殘,各稱刪補。故校其目則與古或異,而所論多近語也。」根據劉徽的考證結果,《九章算術》源於周公時代的「九數」,而他所見到的《九章算術》是西漢時的張蒼、耿壽昌在先秦遺文的基礎上刪補而成的,其中包括了大量西漢時補充的內容。根據歷史文獻和出土文物資料來分析,劉徽所言是可信的。《九章算術》所包含的各種演演算法是漢朝數學家們在秦以前流傳下來的數學基礎上,適應當時的需要補充修訂而成的。按照劉徽的考證,張蒼和耿壽昌都是參加過修訂工作的主要數學家。《史記·張丞相列傳》記載,張蒼(約前250~前152)經歷了秦、漢兩個朝代,他在高帝六年(前201)以攻藏茶有功封為北平侯。「自秦時為柱下史,明天下圖書計籍。又善用算律歷。」他還「著書18篇,言陰陽律歷事。」耿壽昌的生年年代不詳,漢宣帝時官至大司農中丞,「以善為算,能商功利」得寵於皇帝(見《漢書·食貨志》)。他於天文學主張渾天說,甘露二年(前52)奏「以圓儀度日月行,考驗天運狀」(見《後漢書·律曆志》)。張蒼和耿壽昌都是數學名家,又身居高位,由他們主持修訂先秦流傳下來的《算術》是很自然的事情。根據劉徽的記載,他所註釋的《九章算術》最後是由耿壽昌刪定的。我們認為耿壽昌刪補《九章算術》的年代可以定為這部書完成的年代。

馬援傳》有馬續(約70~141)「博觀群籍,善九章算術」負記載。此外,史書中還有鄭玄(127~200)、劉洪等人「通九章算術」的記述。可知該書是當時學習數學的重要教材,在東漢光和二年(179)一塊銅版上的銘文規定:「大司農以戊寅(138?)詔書,……特更為諸州作銅斗、斜、稱。依黃鐘律歷,《九章算術》以均長短、輕重、大小,以齊七政,令海內都同。」這說明該書在東漢時期不僅廣為流傳,而且度量衡研製涉及的數學問題也要以書中的演演算法為依據。許商、杜志可能是《九章算書》成書後最早研究過該書的數學家。許商、杜志都是西漢後期的數學家。《漢書·藝文志》着錄有《許商算術》26卷、《杜志算術》16卷。這兩部書都是漢成帝三年(前26)尹咸校對數術著作之前撰寫的。許商、杜志的著作完成年代與耿壽昌刪補《九章算術》的年代相去不遠,他們的數學著作應當是在研究了《九章算術》的基礎上完成的。

《九章算術》不僅在中國數學史上佔有重要地位,對世界數學的發展也有着重要的貢獻。分數理論及其完整的演演算法,比例和比例分配演演算法,面積和體積演演算法,以及各類應用問題的解法,在書中的方田、粟米、衰分、商功、均輸等章已有了相當詳備的敘述。而少廣、盈不足、方程、勾股等章中的開立方法、盈不足術(雙假設法)、正負數概念、線性聯立方程組解法、整數勾股弦的一般公式等內容都是世界數學史上的卓越成就。傳本《九章算術》有劉徽注和唐李淳風等的註釋。劉徽是中國古代傑出的數學家,他生活在三國時代的魏國。《隋書·律曆志》論歷代量制引商功章注,說「魏陳留王景元四年(263)劉徽注《九章》。」他的生平不可詳考。劉徽的《九章》注不僅在整理古代數學體系和完善古算理論方面取得了重要成就,而且提出了豐富多彩的創見和發明。劉徽在算術、代數、幾何等方面都有傑出的貢獻。例如,他用比率理論建立了數與式的統一的理論基礎,他應用了出入相補原理和極限方法解決了許多面積和體積問題,建立了獨具風格的面積和體積理論。他對《九章》中的許多結論給出了嚴格的證明,他的一些方法對後世有很大啟發,即使對現今數學也有可借鑒之處。

圓周率(Pi)是圓的周長與直徑的比值,一般用希臘字母π表示,是一個在數學及物理學中普遍存在的數學常數。π也等於圓形之面積與半徑平方之比,是精確計算圓周長、圓面積、球體積等幾何形狀的關鍵值。在分析學里,π可以嚴格地定義為滿足si

x=0的最小正實數x。

圓周率用希臘字母π(讀作pài)表示,是一個常數(約等於3.141592654),是代表圓周長和直徑的比值。它是一個無理數,即無限不循環小數。在日常生活中,通常都用3.14代表圓周率去進行近似計算。而用十位小數3.141592654便足以應付一般計算。即使是工程師或物理學家要進行較精密的計算,充其量也只需取值至小數點後幾百個位。[1]

1965年,英國數學家約翰·沃利斯(Joh

Wallis)出版了一本數學專著,其中他推導出一個公式,發現圓周率等於無窮個分數相乘的積。2015年,羅切斯特大學的科學家們在氫原子能級的量子力學計算中發現了圓周率相同的公式[2]。

2019年3月14日,谷歌宣佈圓周率現已到小數點后31.4萬億位。

實驗時期

一塊古巴比倫石匾(約產於公元前1900年至1600年)清楚地記載了圓周率=25/8=3.125。[4]同一時期的古埃及文物,萊因德數學紙草書(Rhi

dMathematicalPapy

us)也表明圓周率等於分數16/9的平方,約等於3.1605。[4]埃及人似乎在更早的時候就知道圓周率了。英國作家Joh

Taylo

(1781–1864)在其名著《金字塔》(《TheG

eatPy

amid:Whywasitbuilt,a

dwhobuiltit?》)中指出,造於公元前2500年左右的胡夫金字塔和圓周率有關。例如,金字塔的周長和高度之比等於圓周率的兩倍,正好等於圓的周長和半徑之比。公元前800至600年成文的古印度宗教巨著《百道梵書》(SatapathaB

ahma

a)顯示了圓周率等於分數339/108,約等於3.139。[5]

幾何法時期

古希臘作為古代幾何王國對圓周率的貢獻尤為突出。古希臘大數學家阿基米德(公元前287–212年)開創了人類歷史上通過理論計算圓周率近似值的先河。阿基米德從單位圓出發,先用內接正六邊形求出圓周率的下界為3,再用外接正六邊形並藉助勾股定理求出圓周率的上界小於4。接着,他對內接正六邊形和外接正六邊形的邊數分別加倍,將它們分別變成內接正12邊形和外接正12邊形,再藉助勾股定理改進圓周率的下界和上界。他逐步對內接正多邊形和外接正多邊形的邊數加倍,直到內接正96邊形和外接正96邊形為止。最後,他求出圓周率的下界和上界分別為223/71和22/7,並取它們的平均值3.141851為圓周率的近似值。阿基米德用到了疊代演演算法和兩側數值逼近的概念,稱得上是「計算數學」的鼻祖。

中國古算書《周髀算經》(約公元前2世紀)的中有「徑一而周三」的記載,意即取。[6]漢朝時,張衡得出,即(約為3.162)。這個值不太準確,但它簡單易理解。

公元263年,中國數學家劉徽用「割圓術」計算圓周率,他先從圓內接正六邊形,逐次分割一直算到圓內接正192邊形。他說「割之彌細,所失彌少,割之又割,以至於不可割,則與圓周合體而無所失矣。」,包含了求極限的思想。劉徽給出π=3.141024的圓周率近似值,劉徽在得圓周率=3.14之後,將這個數值和晉武庫中漢王莽時代製造的銅製體積度量衡標準嘉量斛的直徑和容積檢驗,發現3.14這個數值還是偏小。於是繼續割圓到1536邊形,求出3072邊形的面積,得到令自己滿意的圓周率。

公元480年左右,南北朝時期的數學家祖沖之進一步得出精確到小數點后7位的結果,給出不足近似值3.1415926和過剩近似值3.1415927,還得到兩個近似分數值,密率和約率。密率是個很好的分數近似值,要取到才能得出比略準確的近似。[8](參見丟番圖逼近)

在之後的800年裏祖沖之計算出的π值都是最準確的。其中的密率在西方直到1573年才由德國人奧托(Vale

ti

usOtho)得到,1625年發表於荷蘭工程師安托尼斯(Metius)的著作中,歐洲稱之為Metius'

umbe

約在公元530年,印度數學大師阿耶波多算出圓周率約為。婆羅摩笈多採用另一套方法,推論出圓周率等於10的算術平方根。

阿拉伯數學家卡西在15世紀初求得圓周率17位精確小數值,打破祖沖之保持近千年的紀錄。德國數學家魯道夫·范·科伊倫(Ludolphva

Ceule

)於1596年將π值算到20位小數值,后投入畢生精力,於1610年算到小數后35位數,該數值被用他的名字稱為魯道夫數。

Nume

icalI

teg

ato

A

dCompute

)在阿伯丁試驗場啟用了。次年,里特韋斯納、馮紐曼和梅卓普利斯利用這部電腦,計算出π的2037個小數位。這部電腦只用了70小時就完成了這項工作,扣除插入打孔卡所花的時間,等於平均兩分鐘算出一位數。五年後,IBMNORC(海軍兵器研究計算機)只用了13分鐘,就算出π的3089個小數位。科技不斷進步,電腦的運算速度也越來越快,在60年代至70年代,隨着美、英、法的電腦科學家不斷地進行電腦上的競爭,π的值也越來越精確。在1973年,Jea

Guilloud和Ma

ti

Bouye

以電腦CDC7600發現了π的第一百萬個小數位。

在1976年,新的突破出現了。薩拉明(Euge

eSalami

)發表了一條新的公式,那是一條二次收斂算則,也就是說每經過一次計算,有效數字就會倍增。高斯以前也發現了一條類似的公式,但十分複雜,在那沒有電腦的時代是不可行的。這演演算法被稱為布倫特-薩拉明(或薩拉明-布倫特)演演演算法,亦稱高斯-勒讓德演演演算法。

1989年美國哥倫比亞大學研究人員用克雷-2型(C

ay-2)和IBM-3090/VF型巨型電子計算機計算出π值小數點后4.8億位數,后又繼續算到小數點后10.1億位數。2010年1月7日——法國工程師法布里斯·貝拉將圓周率算到小數點后27000億位。2010年8月30日——日本計算機奇才近藤茂利用家用計算機和雲計算相結合,計算出圓周率到小數點后5萬億位。

2011年10月16日,日本長野縣飯田市公司職員近藤茂利用家中電腦將圓周率計算到小數點后10萬億位,刷新了2010年8月由他自己創下的5萬億位吉尼斯世界紀錄。56歲的近藤茂使用的是自己組裝的計算機,從10月起開始計算,花費約一年時間刷新了紀錄。

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青鳥異聞錄

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第二百九十八章

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