圓周率有幾種算法?圓周率的計算經歷了的過程

圓周率的計算過程,經歷了實驗算法、幾何算法、分析算法和計算機算法的過程;其中,新工具的出現,對計算圓周率起了重要作用。

  實驗算法

  在古時候,人們對圓周率的精度要求還不高。比如公元前1世紀左右,我國最古老的數學著作《周髀算經》,就記載著“徑一週三”,也就是把圓周率近似看作“3”。

  在古巴比倫時期(公元前1900年~公元前1600年),古巴比倫人就記載了圓周率=25/8=3.125。

  古人只需要畫一個圓,然後分別測量其周長和直徑,就可以得到圓周率;雖然和圓周率的真實數值相差很大,但是對那時候的生產活動來說足夠用了。

  但該方法對圓周率的計算精度非常有限,只能精確到圓周率的小數點後第一位,要想精確到第二位都很困難。

  幾何算法

  幾何算法避免了測量的誤差,比如阿基米德(公元前287~212),計算圓的內切正多邊形和外接正多邊形,然後取其平均值,把圓周率計算到3.141851。

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  而我國的古代數學家祖沖之(429~500),利用割圓術,計算到正24576邊形,把圓周率精確到小數點後第七位(3.1415926~3.1415927),這一記錄保持了800多年才被歐洲人打破。

  15世紀,阿拉伯數學家卡西,把圓周率精確到17位小數。

  1596年,德國數學家魯道夫·範·科伊倫,把圓周率精確到20位小數。

  1610年,魯道夫·範·科伊倫耗盡畢生精力,用了10多年的時間,再次把圓周率精確到了35位,這也算是手工幾何算法的極限了。

  分析算法

  進入18世紀後,數學家有了三角函數、連分數、無窮級數、微積分和虛數等工具,大量圓周率的計算公式湧現出來,大大提高了數學家計算圓周率的效率。

  比如著名的梅欽公式:

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  由英國數學家梅欽,於1706年提出,該級數的收斂速度非常快,至今也是計算機計算圓周率的主要公式之一。

  數學家Jurij Vega,在1789年,利用梅欽公式把圓周率精確到140位小數(後來得知前137位才是正確的)。

  人工計算的記錄,是在1948年,美國兩位數學家利用一個全新的圓周率公式,手工計算到了808位小數。

  比如我們利用虛數i的性質,可以輕鬆構造出許多圓周率的級數:

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  還有印度數學奇才拉馬努金,僅憑冥想就能意會出許多圓周率級數,而且級數的收斂速度非常快,比如下面兩個公式就是拉馬努金提出來的:

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  其中第二個公式,只要輸入第一項,就可以把圓周率精確到十進制的第八位:

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