圓周率
圓周率,我們也用符號π來表示,它的具體定義是:圓的周長與直徑的比值。
圓周率的大概取值範圍是3.1415……目前被認為是壹個無限不循環的小數。要知道,圓在我們日常的生活當中是極為常見的,因此,幾大文明古國其實都有關於圓周率的記載,比如:
在4000多年前,古巴比倫就得到了圓周率為3.125,古埃及也得到了類似的取值;中國古代的祖沖之等人更是利用割圓法得到了圓周率的取值範圍:3.1415926~3.1415927。
除了古巴比倫、埃及、中國之外,印度等壹些古國也都有類似的記載。
割圓法
最早比較嚴謹地利用割圓法來計算圓周率的是古希臘的學者阿基米德,大概是在公元前250年前後。
他用的辦法就是透過多個正多邊形的幾何算法來得到圓周率。最早,阿基米德是計算了圓的外切正六邊形以及內接正六邊形的邊長,求得圓周率的壹個區間範圍。
接近著,他用把六邊形換成了十二邊形,繼續計算邊長,繼續得到圓周率的取值範圍,最後壹只取到正96變形,得到圓周率大概的取值是3.1408<π<3.1429。
後來的學者其實就是在阿基米德的方法之上繼續求解,得到更小的範圍,在1630年前後,數學家已經可以做到把圓周率取值到小數點後39位,這也可以說是割圓法做到很極致結果。後來壹直到1699年,才有數學家用無窮級數的方法打破了這個記錄,計算到了小數點後71位。
圓周率真的是無限不循環小數嗎?
雖然,我們利用割圓法可以壹直逼近圓周率的最終結果,但是數學家們也早就意識到了圓周率其實應該是壹個無限不循環小數,也就是我們常說的無理數。當然,如果是這樣,我們就更不可能利用計算機把圓周率算近再證明這壹點。
因此,在這件事上,壹個可靠的數學證明遠比不斷地計算下去要有用的多。到了1947年,果真有壹位數學家叫做伊萬·尼雲(Ivan M. Niven)。
他就利用微積分和反證法的手段,經過非常嚴密的邏輯推理,證明了圓周率π確實是壹個無理數。所以,圓周率是壹個無理數是經過了嚴格的數學證明而來的,這才被廣泛接受。
為什麽科學家要計算圓周率的位數?
既然圓周率已經被數學證明是無理數了,實際上再多的計算都不如這個數學證明來的可靠,可偏偏科學家們非常執著於計算圓周率的位數,如今已經計算到了小數點後數億位了,比如,2011年IBM就對外宣布,他們開發的藍色基因超級計算機已經計算到圓周率小數點後60萬億位。那這麽做的目的到底是什麽呢?難道是要嘗試把圓周率算盡?
實際上,超級計算機計算圓周率的位數並不是因為要把圓周率算盡,畢竟已經證明是算不盡的了。這麽做的目前其實很簡單,就是檢測超級計算機的CPU(中央處理器)的運算能力和穩定性。由於圓周率的計算很復雜。因此,相對於壹般的計算機來說,計算圓周率是壹件非常吃力的事情,很容易出現BUG,之前英特爾的CPU就出現過類似的問題。所以,拿圓周率來計算,目的是為了檢測CPU的性能和可能存在的BUG。因此,圓周率不是被檢驗的對象,而是被壹個通用的檢測工具。
圓周率如果被算盡,會有什麽後果?
如果有朝壹日,圓周率被算盡了,當然,大概率這種事並不會發生。那就意味著這證明是錯的。我們前文也提到過了,是利用微積分和反證法。所以,這說明微積分可能是錯的。具體來說是這樣的,我們上文也提到了割圓法,就是把圓看成是正多邊形。如果圓周率可以被算盡,這就說明,圓並不存在,圓那看似光滑的曲線實際上是無數的線段構成的,也就是說,曲線是不存在的。
因此,幾何學會崩潰,微積分描述曲線的部分也會被認為是錯誤的,於是,微積分就是錯誤的。那這意味著幾千年來,人類發展出來的數學大廈的地基是有問題的,需要推倒重建。因此,如果圓周率能被算盡,那意味著人類的數學和科學都壹夜回到幾千年前,要從零開始。