爲什麼數學中好多和圓沒關係的公式里卻都含有π?

雪鷹365


這個問題特別深邃。

我先從物理的角度給你做一個類比。其實,學物理學到一定的境界,你會發現物理中只有兩個速度,一個是速度等於0,另外一個是速度等於光速。為什麼會這樣?因為如果一個速度不等於光速的物體,我們把參考系改到這個物體本身,就可以發現這個物體的速度等於零。所以,在物理中,與速度有關的常數其實只有一個,那就是光速。而且速度的這個世界是一個二進制的世界,要麼0,要麼光速。

在數學中,也有類似的現象,表面上我們看到有很多數,但真正有重要意義的數只有圓周率與歐拉自然常數等少數幾個數——這些常數一般是無理數,但它們是有幾何意義的,而且都與無限求和有關。比如我們把自然數的平方的倒數和求出來,就會自然出現圓周率。那麼問題來了,正如你所說,為什麼要出現圓周率?1994年,有一個叫john. tate的哈佛大學教授提出了所謂的動機理論。在這個理論中,黎曼函數起到了最基礎的作用。這個理論中,有人研究了費曼圖,發現費曼圖中的環圈的數量與一個叫做權重的數學概念有關。所有權重等於0的週期對應著代數數。而圓周率這樣的數對應的權重是2。黎曼級數的權重是比2大的各個偶數。在這個理論中,按照權重來分類,這個世界的數學結構也很簡單。我們日常生活中遇見的很多問題與圓周率有關,本質上就是權重為2。


瀟軒


本題很厲害,但是你錯了,π不可能與圓沒關係。有物理悟性的學子,皆有“英雄所見略同”的同感。以下列出與無關又有關的四個公式。

不只數學公式,更重要是物理公式,只要有π,就必然與旋轉運動有關。旋轉,包括自旋與繞旋或進動,正是一切運動的根本特徵。

例1:歐拉公式:e^iπ=-1,意味著自然螺線lim(1+1/n)^n沿著單位元(R=1)切向逆時針外向旋轉180°,等效於直線座標系的單位1反向位移1個單位(-1)。

例2:正弦函數值:sinπ/6=1/2,意味著在平面直角座標系中,單位1逆旋30°後在縱軸上的投影值。

例3:狄拉克常數:hbar=h/2π,也叫約化普朗克常數,把自旋線動量距“h=mcλ*”旋轉1圈,作為自旋角動量矩“hbar=mcr*”。具體解釋如下:

在正負電子湮滅反應中,臨界光子的波長,即電子康普頓波長λ*=2.42e-12m,可折換成球形光子半徑:r*=λ*/2π=3.9e-13m,可推導普朗克常數:h=m*cλ*=6.63e-34Js。

例4:加速度定律:F=ma=mv²/r=m(2πω)²/r,意味著,當物系所受合外力為零時,物系的運動狀態,要麼處於靜止,要麼作勻速圓周運動或測地線循環。

提示:數學常數,原本來自對物理實驗的參數大數據統計結果。學會解釋數學常數的物理意義,物理可走得較深遠。


物理新視野


水平不高,打個比方,觸類旁通。比如一個函數的解在一個平面內,有規律的分佈著,那麼就有可能用幾何作圖的方法,在這個平面上表示出來。圓心在0時,不斷向外擴散,那麼這些解必定在圓上。即使一個沒有用到PAI的函數,也可以寫成pai的形式。


內涵星系聯邦


空間中描述物體的基本量是什麼?涉及到哪些基本常數?

π 最初由圓周引出。

但我們知道物體運動只含有兩種基本運動一一平移和旋轉,即所有運動不管它有多複雜,都是這兩種基本運動的複合。

平移用距離(它的基本量為1,距離都是1的倍數)來描述確定,而旋轉用角度來描述。

要知道角度是圓周角(即圓)的倍數,其中當然含有常數π 。

故世界上任何運動是距離s和角度乄(讀阿法)的函數。同樣空間物體定位也是這兩種量的函數。

這樣一來,你生活的空間中,就含有基本常數1和π 。


彭彤彬


不是沒關係,單純從數學角度,都是有關係的。你舉幾個看起來沒關係的例子。之前看到一個介紹巴塞爾級數的視頻,也就是平方倒數和,等於六分之一π平方,就用一種十分巧妙的方法,把這個級數同圓聯繫到了一起,並計算出了這個結果。鏈接http://www.bilibili.com/video/av20400157

所以我認為,不是沒關係,只是因為沒想到


又年幼年


π 的定義最早是由圓來引出的,但是這並不意味著它只能和圓關聯。

現代數學揭示出,π 廣泛存在於數學的角角落落,甚至概率論中都有它的身影。

這意味著 π 的意義遠不止於圓, π 與圓關聯只是一種表象。

在現代,我們甚至可以拋棄它的原始定義(周長直徑之比),從各個角度給它新的定義。只有這些新定義的出現,才能使我們從不同角度更深刻地理解其內涵。


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