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圆周率计算公式,圆周率怎么算(圆周率用电脑有几种算法)

百科 2025-12-25 08:25:37 投稿 阅读:3647次

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  • 1、圆周率计算公式:圆周率怎么算
  • 2、圆周率用电脑有几种算法?

1、圆周率计算公式:圆周率怎么算

圆周率(Pi)是圆的周长与直径的比值,是一个在数学及物理学中普遍存在的数学常数。经常用于计算圆周长、圆面积、球体积。

操作方法

圆周率用希腊字母 π(读作pài)表示,是一个常数(约等于3.141592654),是代表圆周长和直径的比值。它是一个无理数,即无限不循环小数。

圆周率是一个在数学及物理学中普遍存在的数学常数。π也等于圆形之面积与半径平方之比。

圆周率是精确计算圆周长、圆面积、球体积等几何形状的关键值。 在分析学里,π可以严格地定义为满足sin x = 0的最小正实数x。

2019年3月14日,谷歌宣布圆周率现已到小数点后31.4万亿位。

在平时计算中,通常用数字3.14来代表圆周率去进行计算。

2、圆周率用电脑有几种算法?

一说起圆周率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:

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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:

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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:

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然后,令x = 1,得到:

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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:

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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:

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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

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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(10⁹)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。

意不意外,惊不惊喜,

无不无聊······


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