捌元
三月已至,又到了一年一度的国际数学日。2011年,为纪念中国古代数学家祖冲之,国际数学协会将每年的3月14日设为“圆周率日”。2019年11月,联合国教科文组织在巴黎召开的全体大会上通过了将3月14日定为国际数学日的决议。这个由国际数学联盟发起和领导的提议,得到了来自世界各地众多国家和地区组织的支持。
第一个国际数学日的庆祝主题是“数学无处不在”,然而正在各地肆虐的新型冠状病毒给这个新生的节日留下了一丝遗憾。但此次设立的国际数学日扩大了“圆周率日”的范围,涵盖了数学领域的各个方面。
今年的3月14日是联合国确定的第三个国际数学日。在这一天,你会选择怎样度过呢?是默默背出3.14后面更多的数字,还是去寻找与圆周率相关的故事?若你还不知道要做些什么,就和我们一起走进圆周率的世界吧!
圆周率π是希腊语“周长”的开头字母。在数学中,π表示圆的周长与其直径的比值。换句话说,π就是把圆的直径扩张成其周长所需要的倍数。
布丰投针
在一场觥筹交错的宴会上,法国科学家布丰进行了一次有趣的投针实验。布丰先生先让服务生拿来一张大大的白纸,然后他在纸上画了许多条间距相等的平行线。
布丰先生将宴会上的人召集到一张大桌子旁边,说道:“桌上的这张纸,上面画满了间距为3 cm的平行线。我手上的这把针,长度均为1.5 cm。请大家依次把我手上的这把针一根根地投在这张纸上。”客人们不知道布丰先生要玩什么把戏,只好客随主便,一个个加入了实验的行列。宴会上的客人很多,不一会儿就把布丰先生手上的针投完了。布丰先生将纸上的针全部重新收集起来,示意后面的客人继续朝纸上投针。在这个过程中,布丰先生也没有闲着,他一直在旁边数着、记着。
忙碌了将近一个小时之后,布丰先生向客人们宣布他刚刚记下的内容:“女士们、先生们,我这里记录了诸位刚才的投针结果。所有客人一共投针2212次,其中投出的针与纸上的平行线相交了704次,而投针总次数2212与相交次数704的比值为2212
704≈3.142。”说到这里,布丰先生故意停了停,并对大家报以神秘的一笑,接着大声说道:“女士们、先生们,这就是圆周率π的近似值。而且我们投掷的次数越多,求出的近似值就越精确。”
相交次数与投针总次数的比值,可以表示把一根针随意投在画满平行线的纸上时,针与平行线相交的概率,这个概率为1
π。为什么π会出现在一个概率实验中呢?我们可以把针从手中投出,然后再落到纸上的过程想象成针在纸面上旋转成一个圆,那么这个圆与直线相交的概率必然和π相关。
布丰先生用如此轻巧的方法,就可以求得这样高精度的圆周率,真是奇妙。小伙伴们也可以在国际数学日这天做一做投针实验,然后请爸妈帮忙记录下数据,最后进行验算。
万万没想到,概率和圆周率还有这样的关系!
算不尽的π
布丰实验将概率和圆周率联系了起来。而在日常生活中,我们也经常接触到许多与圆周率有关的事情。那在应用圆周率的时候,我们应该只取到3.14,还是取到更精确的值呢?
在计算数学题时,我们用精确到小数点后2位的圆周率就可以了。但是在航天领域中,圆周率精确到小数点后16位才可以得出误差较小的数值。而在研究宇宙中可观测的事物时,圆周率需要精确到小数点后40位。
虽然圆周率精确到小数点后40位就已经足够使用了,但是具有好奇心和求知欲的人们还是想用高科技来尝试一下,看看能否将圆周率算尽,或是算出来的数中有没有什么奇特的规律等。同时,圆周率也能检测出计算机的性能及其先进程度。在超级计算机的排名中,计算圆周率就是其中的一个重要依据。
除了上述领域外,圆周率还被应用到密码锁的制作中。由于圆周率是算不尽的,所以小数点后面的数字中往往包含了许多有趣的数字组合,甚至有可能包含你的银行卡密码!
在计算数学题时,我们用精确到小数点后2位的圆周率就可以了。
在研究宇宙中可观测的事物时,圆周率需要精确到小数点后40位。
看到这儿,你是不是已经在烦恼怎么记忆圆周率中的一大串数字了呢?别急,接下来让几位同学教你记忆圆周率的要点。
圆周率与顺口溜
从前,有一位特别喜爱喝酒的私塾先生。他为了有空溜出去喝酒,就常常留一些刁难人的题目让学生们做。有一回,私塾先生的酒瘾又犯了,但是还不到放学时间,他便故技重演,让学生们背诵圆周率,放学之前得背出小数点后30位数字,否则不许回家。
“3.1415926……”大多数学生硬着头皮在教室背诵。偏偏有几个调皮鬼满不在乎,一溜烟奔后山玩去了。他们刚到后山,便看见他们的先生正在山上的凉亭里喝酒呢!几个调皮鬼好不气愤,觉得先生自己溜出来喝酒却找理由为难他们,于是几人便琢磨开了……
等到夕阳西下,先生酒醉饭饱,想起了这帮学生,便回来考查他们。那些听话的学生背得磕磕绊绊,许久没有完全背下来。倒是那几个调皮鬼张口就来:“山巅一寺一壶酒(3.14159),尔乐苦煞吾(26535),把酒吃(897),酒殺尔(932),杀不死(384),遛尔遛死(6264),扇扇刮(338),扇耳吃酒(3279)。”调皮鬼们一边念,一边手舞足蹈地表演。先生气得目瞪口呆,却也无可奈何。
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1. π的展开值中,第60~69位的数字为4592307816,恰好是0~9这10个数字。π的展开值中连续出现0~9这10个数字的概率为0.00036288。
2. π计算到小数点后第710100位时,会连续出现7个3。
3. π的小数点后3位141,其数字和为1+4+1=1+2+3=6;
小数点后7位1415926,其数字和为1+4+1+5+9+2+6=1+2+3+4+
5+6+7=28。
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