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      阿基米德與圓周率

      2021-02-11 12:09:36
      關(guān)鍵詞:邊數(shù)外切阿基米德

      阿基米德,古希臘數(shù)學(xué)家,物理學(xué)家……

      人類(lèi)最早計(jì)算π 的科學(xué)方法是古典法——形形色色的“割圓術(shù)”.阿基米德被稱(chēng)為割圓術(shù)的開(kāi)山鼻祖.所謂割圓術(shù),就是先作出圓的邊數(shù)較少的內(nèi)接正多邊形或外切正多邊形(有時(shí)兩者都作),通過(guò)計(jì)算其邊長(zhǎng)進(jìn)而求出周長(zhǎng)或面積(有時(shí)兩者都求),再將正多邊形的邊數(shù)增加一倍,重復(fù)上述計(jì)算.

      要說(shuō)明的是,圓的內(nèi)接多邊形和外切多邊形,可以是正多邊形,也可以是一般多邊形,實(shí)際上用的都是正多邊形,因?yàn)檫@樣可以簡(jiǎn)化計(jì)算.這里還隱含著一個(gè)數(shù)學(xué)定理:外圍更大的凸多邊形(包括凸曲線形)的周長(zhǎng)更大.

      阿基米德計(jì)算π 值的大致過(guò)程如下:

      如圖1,O為圓心,AB為圓O的外切正六邊形一邊的一半,OA為半徑,∠AOB=30°,OC是∠AOB的平分線.利用有兩式相加,得又由角平分線定理,得即即這個(gè)式子與前面(*)式比較得.從這個(gè)不等式出發(fā),立刻可以推出圓外切正六邊形和外切正十二邊形的周長(zhǎng)與圓直徑之比的上界.(你知道這個(gè)上界是多少嗎?)

      同樣的道理,計(jì)算正多邊形的邊長(zhǎng)可以確定該比值的下界.(仍以正六邊形和正十二邊形為例試著證一證吧?。?/p>

      不斷重復(fù)上述過(guò)程,一直算到正九十六邊形,最終阿基米德就得到

      (節(jié)選自陳仁政著《π 的密碼》,有刪改)

      上期答案

      由于構(gòu)成三角形的充要條件是任意兩邊之和大于第三邊,因此不構(gòu)成三角形的條件就是存在兩邊之和不超過(guò)另一邊.截成的鐵絲最小為1,因此可以放2 個(gè)1,第三條線段就是2(為了使得n最大,因此要使剩下來(lái)的鐵絲盡可能長(zhǎng),因此每一條線段總是前面的相鄰2段之和),依次為1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,以上各數(shù)之和為143,與144相差1,因此可以取最后一段為56,這時(shí)n達(dá)到最大為10.

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