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更新時間:2021-12-25 17:29:28作者:admin2
今天是3月14日。而圓周率π就約等于3.14,因此這一天被設為了圓周率日。世界各地的數學家和數學愛好者們歡聚一堂,歌頌贊美這個數學世界中的奇跡。
大家或許會好奇,π究竟哪點吸引人了,能夠讓數學家們對它癡迷到如此地步?其實,π本身的存在就是一個奇跡:不管一個圓有多大,它的周長和直徑之比總是一個固定的數,它就是3.…,是一個無限不循環小數。我們把這個數就叫做圓周率,用希臘字母π來表示。在幾何問題中,圓周率扮演著非常重要的角色;然而更神奇的是,它也馳騁于幾何以外的其它數學領域。
布豐投針實驗
在地板上畫一系列間距為2厘米的平行線,然后把一根長度為1厘米的針扔在地板上。那么,這根針與地板上的線條相交的概率是多少呢?1733年,法國博物學家布豐(Comte de Buffon)第一次提出了這個問題。1777年,布豐自己解決了這個問題——這個概率值是1/π。
這個問題可以用微積分直接求解,也能利用期望值的性質得到一個異常精妙的解答。即使我們現在已經能輕易求出它的答案,結論依然相當令人吃驚——在這個概率問題上,竟然也有π的蹤影。有人甚至利用投針法,求出過π的近似值來。
斯特林近似公式
我們把從1開始一直連乘到n的結果稱作“n的階乘”,在數學中用n!來表示。也就是說:
1733年,數學家亞伯拉罕?棣莫弗(Abraham de Moivre)發現,當n很大的時候,有:
其中c是某個固定常數。不過棣莫弗本人并沒有求出這個常數的準確值。幾年后,數學家詹姆斯?斯特林(James Stirling)指出,這個常數c等于2π的平方根。也就是說:
這個公式就被稱作斯特林近似公式。
伽馬函數
階乘運算本來是定義在正整數上的,但我們可以很自然地把它擴展到所有的正數上——只需要尋找一條經過所有形如(n, n!)的整格點的曲線就可以了。由此定義出來的函數就叫做伽馬函數,用希臘字母Г來表示。好了,神奇的事情出現了。我們有這樣一個結論:
π再次出現在了與幾何毫無關系的場合中!
平方數的倒數和的極限
1的平方分之一,加上2的平方分之一,加上3的平方分之一,這樣一直加下去,結果會怎樣呢?這是一個非常吸引人的問題。
從上表中可以看到,越往后加,得數變化幅度就越小??梢灶A料,如果無窮地加下去,得數將會無限接近于某一個固定的數。這個數是多少呢?
1735年,大數學家歐拉(Euler)非常漂亮地解決了這一問題。神奇的是,這個問題的答案里竟然包含有π:
兩個整數互質的概率
如果兩個整數的最大公約數為1,我們就說這兩個數是互質的。例如,9和14就是互質的,除了1以外它們沒有其它的公共約數;9和15就不互質,因為它們有公共的約數3??梢宰C明這樣一個令人吃驚的結論:任取兩個整數,它們互質的概率是6/π2,恰好是上面一個問題的答案的倒數。在一個純數論領域的問題中出現了圓周率,無疑給小小的希臘字母π更添加了幾分神秘。
歐拉恒等式
這是整個數學領域中最偉大,最神奇的公式:
這個公式用加法、乘法、乘方這三個最基礎的運算,把數學中最神奇的三個常數(圓周率π、自然底數e、虛數單位i)以及最根本的兩個數(0和1)聯系在了一起,沒有任何雜質,沒有任何冗余,漂亮到了令人敬畏的地步。這個等式也是由大數學家歐拉發現的,它就是傳說中的歐拉恒等式(Euler’s identity)。《數學情報》雜志(The Mathematical Intelligencer)曾舉辦過一次讀者投票活動,歐拉恒等式被評選為“史上最美的公式”。
然而,這些也都只是數學這個奇妙大世界的其中一角罷了。
(作者:matrix67)
它不滿足任何整系數方程,這還不牛逼?所有圓不論大小,其周長和直徑的比恒為Π。這還不牛逼?