首页 理论教育数海寻珍:探索圆周率的故事

数海寻珍:探索圆周率的故事

【摘要】:四大文明古国均对圆周率做了早期探索。同时代的古埃及人则求得圆周率为16/9 的平方,约为3.1605。最终求得圆周率的下界和上界分别为223/71 和22/7,并取其平均值3.141851 为圆周率的近似值。刘徽给出圆周率近似值3.141024,后发现该数值偏小,继续割圆到1536 边形,求出3072 边形的面积,得到圆周率3927/1250≈3.1416。随着现代计算技术的发展,圆周率的计算呈现出突飞猛进的态势。至今圆周率的计算还在进行之中。

四大文明古国均对圆周率做了早期探索。 约公元前1900 年,古巴比伦人就求出圆周率=25/8 =3.125。 同时代的古埃及人则求得圆周率为16/9 的平方,约为3.1605。 公元前800 ~前600 年古印度人求得圆周率为339/108,约为3.139。

古希腊数学家阿基米德从单位圆出发,先用内接正六边形确定出圆周率的下界为3,再用外接正六边形,并借助勾股定理确定出圆周率的上界小于4。 后逐步对内接正多边形和外接正多边形的边数加倍,直到正96 边形。 最终求得圆周率的下界和上界分别为223/71 和22/7,并取其平均值3.141851 为圆周率的近似值。

中国成书于公元前2 世纪的《周髀算经》记有“径一而周三”,即圆周率为3。 公元263 年刘徽开创了中国应用“割圆术”计算圆周率的先河,他从圆内接正六边形开始,逐次分割一直算到圆内接正192 边形。 刘徽给出圆周率近似值3.141024,后发现该数值偏小,继续割圆到1536 边形,求出3072 边形的面积,得到圆周率3927/1250≈3.1416。

南北朝时期的数学家祖冲之(429—500)进一步计算圆周率精确到小数点后7 位,给出其不足近似值3.1415926 和过剩近似值3.1415927,还得到两个近似分数值,即密率355/113 和约率22/7。(www.chuimin.cn)

直至15 世纪初,阿拉伯数学家卡西(Al-Kashi,约1380—1429)才打破祖冲之保持了近千年的纪录,求得圆周率17 位精确小数值。 德国数学家鲁道夫于1596 年将圆周率值推算到20 位小数值,后又于1610 年计算到小数后35 位数,该数值被称为鲁道夫数,并被铭刻在其墓碑上。 1873 年,英国数学家尚科斯(W.Shanks,1812—1882)将圆周率值计算到小数点后707 位(后验证其计算有误,第528 位应为4,误为5)。

随着现代计算技术的发展,圆周率的计算呈现出突飞猛进的态势。 2010 年1 月8 日,法国一位程序员历时131 天,利用计算机计算出圆周率小数点后2.7 万亿位,但该记录很快就被打破。 2010 年9 月17 日,Yahoo 科技公司研究员施子和采用云计算,利用1 000 台计算机同时计算,历时23 天,计算出圆周率小数点后2 000 万亿位。 至今圆周率的计算还在进行之中。