圆周率π的计算及简单应用.doc

圆周率π的计算及简单应用 的来历 即圆周率，定义为：圆的周长与直径之比，是一个常数。通常用希腊字母π来表示。英国人琼斯在1706年首次创用π代表圆周率。但是，他的符号并未立刻被采用，后来，欧拉予以提倡，才渐渐被推广开来。此后π才成为圆周率的专用符号。的历史是饶有趣味的。对的研究程度，在一定程度上反映一个地区和时代的数学水平，。 实际上，在古代长期使用＝３这个数值，古巴比伦、古印度、古中国都是如此。直到公元前２世纪，中国的《周髀算经》里已有周三径一的记载。后来东汉的数学家又将π值改为约为3.16。然而直正使圆周率的计算建立在科学的基础上，应归功于阿基米德。他用几何方法证明了圆周率与圆直径之比小于22/7而大于223/71，为此专门写了一篇论文《圆的度量》，同时这也是第一次在科学中创用上、下界来确定近似值。但是第一次用正确方法计算π值的，是中国魏晋时期的刘徽，在公元263年，他首创了用圆的内接正多边形的面积来逼近圆面积的方法即穷竭法，算得π值约为3.14。在我国称这种方法为割圆术。直到1200年后，西方人才找到了类似的方法。后人为纪念刘徽的贡献，也将圆周率称为徽率。 公元460年，南朝的祖冲之利用刘徽的割圆术，把值算到小点后第七位即3.1415926，这个具有七位小数的圆周率在当时是世界首次。同时，祖冲之还找到了两个分数，分别是22/7和355/113。用分数来代替π，极大地简化了计算，这种思想比西方也早一千多年。　　 由中国南朝数学家祖冲之计算出的圆周率，保持了一千多年的世界记录。直到在1596年，才由荷兰数学家卢道夫打破了。他把值推到小数点后第15位小数，后来又推到了第35位。人们在他1610年去世后，为了纪念他的这项成就，为此在他的墓碑上刻上： 3.14159265358979323846264338327950288这个数，从此也把它称为卢道夫数。 之后，随着数学的发展，尤其是微积分的发现，西方数学家计算的工作，有了飞速的进展。1948年1月，费格森与雷思奇合作，算出了808位小数的值。的人工计算时代随着电子计算机的问世而宣告结束。在20世纪50年代，人们借助计算机算得了10万位小数的，在70年代又突破这个记录，算到了150万位。到90年代初，用新的计算方法，算到的值已到4.8亿位。至2010年最新记录是2000万亿。的计算经历了几千年的历史，它的每一次重大进步，都标志着算法和技术的革新。 π的定义 圆周率（Pi）是圆周长与直径的比值，一般用希腊字母表示，是一个在数学及物理学中普遍存在的数学常数。也等于圆形之面积与半径平方之比。因此，是精确计算圆周长、圆面积、球体积等几何形状的关键值。 在分析学里，可以严格地定义为满足的最小正实数。 圆周率（）一般定义为一个圆的周长（）与直径（）的比：。由图形的相似性可以知道对于任何的图形的的值都相等。这样就定义出了常数。但是也可以换一个角度--从求圆面积和半径的比来定义。现说明如下： 任取半径为的圆，画出它的内接正边形，并把多边形的面积记作。显然，当无限增加时，内接正边形周长接近于圆周长，接近于圆周长；同时，也接近一个确定值。这个值叫圆的面积。也就是说当无限增加时，内接正多边形面积组成的无穷数列的极限是。 现在证明：圆周率又是和的平方的比，即（1）成立。事实上，这时,而和园内接正边形的面积之间，有和的关系。其中（3）成立是显然的，下面证明（2）也成立。 如左图画⊙的内接正边形并连接它的中心和顶点，这条连线就把它分成个三角形。把其中相邻的两个三角形记作这时，与垂直相交于，于是有（4）的面积。而是圆内接正边形的一边，又。因此，从（4）和（5）就可以得到的面积的面积的面积的面积。 而圆内接正边形是由个这样的相邻三角形组拼成的，因此由（6）就得到（2）。 从（2）和（3）就可得到。 当无限增加时，趋向于，趋向于，所以的两边就分别趋向于和，而这就得到。 这样就从另外一个角度——用圆面积来定义了。 三、π的性质 的性质怎样？这是人们研究了几千年的的问题。 关圆周率的性质及人们对它进行研究的历史，不同的数学家研究方法各不相同。在美国数学史家达维德.尤金.史密斯的著作《数论尺规作图及周率》一书中，将的历史分为以下三个时代： （1）自古时至17世纪中期，这个时代大都是求一个正方形等于一个已知圆等的努力，或用目前的初等教科书中所描述的那种纯粹几何方法，来求的近似值。 （2）自微积分起，到德国数学家兰伯特证明是无理数为止，即约17世纪60年代至18世纪60年代的100年，这一时代的特色，是解析方法替代了古代的几何方法；并认为其著名的研究者为牛顿、莱布尼兹、詹姆斯.伯努利和约翰.伯努利、欧拉等。这个时代求值的方法，不再用古代的“穷竭法”，而是用无穷级数及无