圆周率公式(有哪些计算圆周率的神奇公式?)
说起圆周率π , 很多人就想到祖冲之老爷子的割圆术 。
说实话 , 祖大人也挺无奈的 , 从我们小学就开始割圆 , 一直割到大学还在割 。
但割圆术只适合手算 , 如何用电脑算π呢?
泰勒展开泰勒展开在科学计算中简直有着匪夷所思的变态威力 。
之前我有一篇文章泰勒为何要展开? 泰勒公式有什么神奇作用?介绍了什么是泰勒展开 , 它可以把复杂函数转换成加减乘除 , 比如sinx:
之所以要展开 , 是因为通用计算机本质上只能计算加减乘除 。
用泰勒展开计算π首先想到的思路就是 , 反三角函数 , 根据定义有:
那么 , 接下来的问题就是 ,
如何计算arctan(1)
有人说 , 直接调用C语言库函数atan(double,double)不就行了 。
确实 , 这可以完成计算 , 然而 , 这是一种令人不齿的开挂行为 , 就好像我问怎么跑完马拉松 , 你说你开车一溜烟就跑完了一样 。
库函数是别人写好的 , 我们现在是思索如何实现计算 , 而不是考虑如何调用 。
至此 , 我们只好请出祖传配方 , 把arctan(x)进行泰勒展开:
然后 , 令x = 1 , 得到:
格雷戈里-莱布尼茨公式
它被称为莱布尼茨级数 , 也被称为格雷戈里-莱布尼茨级数 , 用以纪念莱布尼茨同时代的天文学家兼数学家詹姆斯·格雷戈里 。
看起来很吊是不是······
但是啊但是 , 还不够吊 , 因为问题还没完:
这个级数收敛极慢 。
比如 , 算到+4/9 , 也就是前五项 , 结果仅为3.3396 , 误差有0.2之多 。
它要到算500000项之后 , 才会精确到小数点后五位:
就算电脑也算得太累了 。
何况莱布尼兹(1646年7月1日-1716年11月14日)当年是没有电脑的!
加快收敛于是 , 人们尝试改进 , 希望能快点计算 。
英国数学家梅钦在1706年用上面的级数 , 发掘了一个可以快速收敛的公式:
配合上面arctan(x)泰勒展开 , 梅钦依据此公式(没有电脑) , 把圆周率计算到小数点后一百多位 。
英国数学家威廉·谢克斯花15年的时间以此计算到小数点后707位 , 不过在第528位时出错 , 因此后面的都不正确了 。
微微杯具就是了 。
神奇公式现代有了电脑 , 我们希望更快的收敛速度 , 因此科学家在寻找新的级数 。
历史总是留给吊人的 , 也总是会生产一些吊人的 。
比如:
拉马努金公式
这玩意被称为拉马努金公式 , 是印度科学家拉马努金发明的 。
第一位用拉马努金公式计算π并取得进展的是比尔·高斯珀 , 他在1985年计算了小数点后一千七百万位 。
收敛再快一点?还有楚德诺夫斯基公式:
楚德诺夫斯基公式
楚德诺夫斯基兄弟于1989年算得π小数点后10亿(10?)位 , 法布里斯·贝拉于2009年算得2.7千亿(2.7×1012)位 , 亚历山大·易和近藤滋在2011年算得一万亿(1013)位 。
【有哪些计算圆周率的神奇公式? 圆周率公式】
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