圆周率近似值
比較不準確的近似值
值得注意的是,一些法律或歷史文本欲「定義π」為有理數,尤其是1897年的「印第安納州法案」,指明「直徑和圓周比例為四分之五比4(暗示「π= 3.2」);和希伯來聖經中的一個段落,暗示「π= 3」。
印第安納州法案
計算圓周率近似值的方程的發展
多方面的近似值
在古代,人們使用60進制來計算。在60進制中,π能被準確至小數點後八位(十進制),而這數字是3:8:29:4460,即是:
(下一個60進制的數位為0)
除此之外,π的近似值還能以以下方式表示:
- 準確至3位:
- 準確至4位:
- 準確至4位:
- 拉馬努金的近似值,準確至4位:
- 準確至5位:
- 準確至7位:
- 準確至9位:
- 準確至10位:
- 準確至10位:
- 準確至18位:
- 準確至30位:
計算任意數位的方法
在1995年,西蒙·普勞夫發現了贝利-波尔温-普劳夫公式。這公式能在16進制中計算pi的任意數位,而不用計算之前的數位。[5]
在1996年,西蒙·普勞夫發明了一個公式,能在O(n3log(n)3)的時間之內計算出pi在任意進制的第n個數位[6]。在1997年,法布里斯·贝拉發明了另一個公式,把計算所需時間縮短至O(n2)。他又發明了在2進制計算pi的公式。[7]
有效的方法
在1961年,丹尼爾柄和他的團隊在美國海軍研究實驗室計算了π的前100,000數位。
他和他的團隊使用了兩個不同的幂級數來計算π的數值。第一個幂級數中,任何錯誤都會造成一個比較高的數值;而另一個中,任何錯誤都會造成一個比較低的數值。所以如果兩個幂級數計算出同樣的數值,那個數值就肯定正確。美國海軍研究實驗室發放了π的前100,000數位。
但是以上的兩個幂級數也要很長的時間才能計算出結果。相反地,約翰·梅欽的公式與反正切的泰勒级数一起使用則能很快地計算結果:
使用複數的極坐標系便能證實這公式,以以下的數學式開始:
這類的公式被稱為梅欽類公式。(注意,{ x,y} = {239, 132}是佩爾方程「x2-2y2 = -1」的其中一個解答。)
印度數學家斯里尼瓦瑟·拉马努金發現了π的很多其他表示方式。他與戈弗雷·哈罗德·哈代一起工作了很多年。
如果要計算π小數點後很多位,計算者通常會使用高斯-勒让德算法,波尔温公式,和1976年發明的薩拉明 - 布倫特公式。
π和1/π的小數點後首十萬位能在古腾堡计划裡查閱(參見#外部連結)。
在2002年12月,在東京大學進修的金田康正發放了π小數點後1,241,100,000,000位的值,創造了新的世界記錄。他在2002年9月以六十四部日立的超級電腦計算出這值。這些電腦有1TB的記憶體,而且能在每秒執行2兆次運算。上一個記錄(21億位)所使用的電腦每秒只能執行1兆次運算。金田康正使用了以下公式:
- K. Takano (1982).
- F. C. W. Störmer (1896).
這些近似值由於有太多數位,所以沒有實際用途,只是用來測試超級電腦。
在1997年,大衛·貝利(David H. Bailey)、皮特·波爾溫和西蒙·普勞夫發佈了一條新的公式來計算π的值:
這公式能在不知道前k - 1數位的值之下,在2進制或16進制中計算出π的第k個數位的值。貝利的網頁页面存档备份,存于包含了計算方法,而且把方法以幾個程式語言記下。PiHex計算出π小數點後一兆數位的值。
法布里斯·贝拉推出了贝利-波尔温-普劳夫公式的改良版——貝拉公式:
還有其他計算π的值的公式:
拉馬努金的公式收歛的速度異常地快,這公式後來在2000年演變成最快的公式:
- David Chudnovsky和Gregory Chudnovsky.
參考資料
- (PDF). [2013-02-18]. (原始内容存档 (PDF)于2011-07-06).
- Gardner, Martin. . Mathematical Association of America: 92. 1995..
- "Lost notebook page 16" ,Ramanujan
- . [2013-02-18]. (原始内容存档于2009-03-29).
- MathWorld: BBP Formula Wolfram.com 页面存档备份,存于
- Simon Plouffe, On the computation of the n'th decimal digit of various transcendental numbers, November 1996
- Bellard's Website:Bellard.org 页面存档备份,存于