圆周率π的一些有趣的巧合
大家都知道,任意一个圆的周长与直径的比值都是一个常数,人们把这个常数称为圆周率,并用希腊文“圆周”的第一个字母π来表示。目前,人们认为它是一个无理数,小数无限多且不循环。
π的起源
人类对圆周率的研究由来已久:
公元前3世纪,古希腊著名学者阿基米德研究圆周率,求得圆周率的近似值为3.14。我国古代数学著作《周髀算经》成书于公元前2世纪,有“勾股圆方圖”的记载,汉代赵爽注释“圆径一而周三”,即认为圆周率为3。
3世纪,我国数学家刘徽创造性地提出了割圆术,得出圆周率的值为3927/1250(即3.1416),确定了圆周率小数点后3位数。这个值的精确度在当时世界上处于领先地位。约200年后,祖冲之利用割圆术,夜以继日、成年累月地计算,算出圆周率在3.1415926与3.1415927之间。
人类第一次确定了圆周率小数点后6位数。祖冲之得出的这一精确纪录保持了千年之久。
关于π的一些有趣事实
3月14日是爱因斯坦的生日,阿尔伯特·爱因斯坦出生于1879年3月14日。
由于爱因斯坦在普林斯顿生活了很长一段时间,因此,在每年的3月14日,普林斯顿都会举办很多活动,同时庆祝圆周率日兼爱因斯坦生辰。
霍金在这一天去世
关于3.14,还有另一个令人意外的事实:最接近宇宙的男人——霍金去世也是在这一天(2018年3月14日)。
π控制河流走向
在地球上,π控制着从亚马逊到泰晤士所有蜿蜒河流的通道。一条河流的曲折蜿蜒是用其曲折度来描述的——即用沿着曲折河道测得的距离,除以它从发源地到入海口的笔直距离。结论是河流的平均曲折大约为3.14。
π实际在太空
我们头顶上的星空曾激起古希腊人的灵感,但他们或许从来没有用这一灵感来计算圆周率。英国的马休斯却别出心裁,将天文数据同数论相结合来做这项工作。
马休斯根据这样的事实,即任何一个大的随机数的集合,出现任意两个无公因子的数的概率是6/π2。而如果这两个数都能被除1以外的某个数整除,那么它们就拥有了一个公因子。例如,4和15没有公因子,而12和15则有公因子3。
马休斯计算了天空中100颗最亮的恒星间的角距,并转为1万对随机数,它们中没有公因子的约占61%。于是由等式,他得到π的值为3.12772,准确率为99.6%。
布丰投针问题
你可以用家里的一些缝衣针和一些带横线的纸将π计算出来。
让针落到纸上,计算针与横线相交情况占总的投针次数的百分比。如果你试验次数足够多,则这个百分比将是针的长度除以行与行之间的宽度再乘以2/π。
这就是著名的布丰投针问题是由法国数学家布丰 伯爵于1733年首次提出的。
1901年数学家拉萨李尼对该理论做了检验,他投针3408次得到值3·1415929……,小数点后的前6位数字十分准确。
不过随后对他的结果进行检验后表明,他很可能篡改了数字,因为拉萨李尼所选针长和横线间距的数字刚好能得出355/113,这是众所周知的π的近似。
你的银行资料可能就藏在π中
π是个无理数,这意味着它的小数部分会无限地延伸。换言之,你能想到的任何数字都可能隐藏在π小数部分的某个角落——你的生日、电话号码,甚至你的银行资料。
更不可思议的是,如果通过代码将数字转换为字母,我们会从中发现《圣经》、《莎士比亚全集》,甚至古往今来人们所写的任何书,只要我们搜寻到足够的数。
不过,这里存在着一个陷阱:要让上述的一切为真,其前提是π必须是一个“正常”的数,而我们并不清楚它是否如此。
如果它是个正常的数,则0到9的数字应当等概率地出现在它的十进制表达式中。那就意味着任何一个一位数出现的机会是十分之一,任何一个两位数出现的机会是百分之一,以此类推。
因此,你费尽心思想要从大量数字中寻找堪与吟游诗人的妙语隽言相匹的数字的概率,实际上是微乎其微。
但正如无限猴子定理中的猴子和它的打字机那样,胡敲乱打写出《莎士比亚全集》、出现旷世奇迹并非完全不可能,不过你得在这儿干到底才行。