圆周率怎么算出来的?

圆周率怎么算出来的?
圆周率怎么算出来的?

圆周率怎么算出来的?
圆周率π的计算历程
韩雪涛
圆周率是一个极其驰名的数.从有文字记载的历史开始,这个数就引进了外行人和学者们的兴趣.作为一个非常重要的常数,圆周率最早是出于解决有关圆的计算问题.仅凭这一点,求出它的尽量准确的近似值,就是一个极其迫切的问题了.事实也是如此,几千年来作为数学家们的奋斗目标,古今中外一代一代的数学家为此献出了自己的智慧和劳动.回顾历史,人类对 π 的认识过程,反映了数学和计算技术发展情形的一个侧面.π 的研究,在一定程度上反映这个地区或时代的数学水平.德国数学史家康托说：“历史上一个国家所算得的圆周率的准确程度,可以作为衡量这个国家当时数学发展水平的指标.”直到19世纪初,求圆周率的值应该说是数学中的头号难题.为求得圆周率的值,人类走过了漫长而曲折的道路,它的历史是饶有趣味的.我们可以将这一计算历程分为几个阶段.
实验时期
通过实验对 π 值进行估算,这是计算 π 的的第一阶段.这种对 π 值的估算基本上都是以观察或实验为根据,是基于对一个圆的周长和直径的实际测量而得出的.在古代世界,实际上长期使用 π ＝3这个数值.最早见于文字记载的有基督教《圣经》中的章节,其上取圆周率为3.这一段描述的事大约发生在公元前950年前后.其他如巴比伦、印度、中国等也长期使用3这个粗略而简单实用的数值.在我国刘徽之前“圆径一而周三”曾广泛流传.我国第一部《周髀算经》中,就记载有圆“周三径一”这一结论.在我国,木工师傅有两句从古流传下来的口诀：叫做：“周三径一,方五斜七”,意思是说,直径为1的圆,周长大约是3,边长为5的正方形,对角线之长约为7.这正反映了早期人们对圆周率 π 和√2 这两个无理数的粗略估计.东汉时期官方还明文规定圆周率取3为计算面积的标准.后人称之为“古率”.
早期的人们还使用了其它的粗糙方法.如古埃及、古希腊人曾用谷粒摆在圆形上,以数粒数与方形对比的方法取得数值.或用匀重木板锯成圆形和方形以秤量对比取值……由此,得到圆周率的稍好些的值.如古埃及人应用了约四千年的 4 (8/9)2 = 3.1605.在印度,公元前六世纪,曾取 π= √10 = 3.162.在我国东、西汉之交,新朝王莽令刘歆制造量的容器――律嘉量斛.刘歆在制造标准容器的过程中就需要用到圆周率的值.为此,他大约也是通过做实验,得到一些关于圆周率的并不划一的近似值.现在根据铭文推算,其计算值分别取为3.1547,3.1992,3.1498,3.2031比径一周三的古率已有所进步.人类的这种探索的结果,当主要估计圆田面积时,对生产没有太大影响,但以此来制造器皿或其它计算就不合适了.

标准圆的周长除以圆的直径。

祖冲之父子通过车轮推理出的。

周长除以圆的直径。。。

听说过割圆术吗？将圆分割成正多边形，比如正六边形，正12边形，正24边形等等...
通过层层逼近，正多边形的周长与直径之比越来越接近一个常数——这就是后来人们所认识的圆周率。

1、马青公式
π=16arctan1/5-4arctan1/239
这个公式由英国天文学教授约翰·马青于1706年发现。他利用这个公式计算到了100位的圆周率。马青公式每计算一项可以得到1.4位的十进制精度。因为它的计算过程中被乘数和被除数都不大于长整数，所以可以很容易地在计算机上编程实现。
还有很多类似于马青公式的反正切公式。在所有这些公式中，马青公式似乎是最快的了...

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1、马青公式
π=16arctan1/5-4arctan1/239
这个公式由英国天文学教授约翰·马青于1706年发现。他利用这个公式计算到了100位的圆周率。马青公式每计算一项可以得到1.4位的十进制精度。因为它的计算过程中被乘数和被除数都不大于长整数，所以可以很容易地在计算机上编程实现。
还有很多类似于马青公式的反正切公式。在所有这些公式中，马青公式似乎是最快的了。虽然如此，如果要计算更多的位数，比如几千万位，马青公式就力不从心了。下面介绍的算法，在PC机上计算大约一天时间，就可以得到圆周率的过亿位的精度。这些算法用程序实现起来比较复杂。因为计算过程中涉及两个大数的乘除运算，要用FFT（Fast Fourier Transform）算法。FFT可以将两个大数的乘除运算时间由O（n2）缩短为O（nlog（n））。
2、拉马努金公式
1914年，印度数学家拉马努金在他的论文里发表了一系列共14条圆周率的计算公式。这个公式每计算一项可以得到8位的十进制精度。1985年Gosper用这个公式计算到了圆周率的17,500,000位。
1989年，大卫·丘德诺夫斯基和格雷高里·丘德诺夫斯基兄弟将拉马努金公式改良，这个公式被称为丘德诺夫斯基公式，每计算一项可以得到15位的十进制精度。1994年丘德诺夫斯基兄弟利用这个公式计算到了4,044,000,000位。丘德诺夫斯基公式的另一个更方便于计算机编程的形式是：
3、AGM（Arithmetic-Geometric Mean）算法
高斯-勒让德公式：
这个公式每迭代一次将得到双倍的十进制精度，比如要计算100万位，迭代20次就够了。1999年9月，日本的高桥大介和金田康正用这个算法计算到了圆周率的206,158,430,000位，创出新的世界纪录。
4、波尔文四次迭代式：
这个公式由乔纳森·波尔文和彼得·波尔文于1985年发表，它四次收敛于圆周率。
5、bailey-borwein-plouffe算法
这个公式简称BBP公式，由David Bailey, Peter Borwein和Simon Plouffe于1995年共同发表。它打破了传统的圆周率的算法，可以计算圆周率的任意第n位，而不用计算前面的n-1位。这为圆周率的分布式计算提供了可行性。1997年，白劳德找到了一个比BBP快40％的公式

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