◎科技日报记者卢成宽
π≈3.14。这是数学和物理中常见的常数,表示周长与直径的比值。人类求π的历史已经有4000多年了,很多人为此奉献了一生。这不仅仅是一个数学问题,更是对优秀的最好诠释。
3月14日国际数学节,国际工业与应用数学联合会、中国科学院院士袁亚湘通过网络直播做了《数学漫谈》的科普报告。在报告的开头,袁亚湘讲述了寻找圆周率的故事。
圆周率的求解由来已久。早在古埃及,莱因德的数学纸莎草纸就表明圆周率等于16/9的平方,大约是3.1605。事实上,似乎古埃及人知道圆周率更早,公元前2500年左右建造的胡夫金字塔与圆周率有关。一块古巴比伦石碑,制作于公元前19世纪,也记载了圆周率等于25/8,即3.125。
古希腊作为一个古老的几何王国,对圆周率的求解做出了特别突出的贡献。古希腊数学家阿基米德开创了人类历史上圆周率近似值的理论计算。公元前250年,他发现圆周率的上下界分别为223/71和22/7,取它们的平均值3.141851作为圆周率的近似值。
公元263年,中国数学家刘徽用“割线法”计算圆周率。他先从圆上连出一个正六边形,然后一步步分割,直到圆连出一个正192边的多边形,圆周率的值是3.14。他说,你切得仔细,损失就小,再切就切不下去了,就合围了,没什么损失。这体现了求极限的思想。
南北朝数学家祖冲之,更为人熟知的是他对圆周率的求解贡献。480年,他在刘徽“割线法”求圆周率的基础上,采用了明密法,经过反复计算,发现圆周率在3.26到3.3227之间。这是当时世界上最精确的圆周率,于是他成为世界上第一个把圆周率精确到小数点后第七位的人。直到16世纪,阿拉伯数学家阿尔·卡西才打破了这一记录。
1706年,英国数学家威廉·琼斯率先用“π”表示圆周率,但π的广泛使用却归功于瑞士数学家欧拉。
在人工计算圆周率的历史上,数学家鲁道夫·瑟伦(ludolph ceulen)和威廉·尚克斯(William Shanks)是两个无法回避的人物。Ludolph ceulen出生在德国,然后搬到荷兰。他一生大部分时间都在计算圆周率,用阿基米德使用的切圆法计算圆周率到小数点后第35位。他为自己的成就感到非常自豪,这一成就在他死后被刻在了他的墓碑上。直到今天,德国人还经常称这个号码为“鲁道夫号”。
威廉·桑克斯是英国人,他对π值的计算可谓是走火入魔。1874年,香克斯将π值计算到小数点后707位。他为自己无与伦比的地位而自豪,这个结果也在他死后被刻在了墓碑上。不幸的是,1945年,英国人弗格森证明528之后的数字是错误的。但这个结果,威廉·桑克斯无从得知。1947年,弗格森和美国人伦齐共同计算π值到小数点后808位,成为人工计算圆周率值的最高纪录。
随着计算机时代的到来,π值计算有了突飞猛进的发展。1949年,世界上第一台美国制造的计算机ENIAC在阿伯丁试验场投入使用。次年,里特·维斯纳、冯·纽曼和梅佐波利斯用这台计算机计算了π的2037位小数;1973年,让·吉尤(Jean Guilloud)和马丁·布耶(Martin Bouyer)用计算机CDC 7600发现了π的第百万位小数。2010年1月7日,法国工程师法布里斯·贝拉计算圆周率到小数点后2.7万亿位;2019年3月14日,谷歌宣布,在谷歌云平台的帮助下,日本前谷歌工程师艾玛(Emma)现在已经将圆周率计算到小数点后31.4万亿位。
虽然圆周率的计算是无穷大空,但是我们已经知道它是一个无穷大的无环小数。圆周率的求解无疑是一个完善的过程。
来源:科技日报
编辑:张爽
审计:朱莉
终审:冷文生