查資料得出氫原子半徑25皮米,直徑 50E-12,也就是 5E-11米
目前可觀測宇宙半徑 460億光年,周常 5.5264E27 米
也即是說,以氫原子來測量可觀測宇宙尺度的一個完美大圓,算出來的圓周率,能夠精確到 大約小數點後38位。你還能有更大的圓、更精細的尺子麼?即使有,又能多幾個有效位呢?
直接測算,有大量絕對無法避免的誤差,就像我上面說的,圓的大小,誤差的引入(直徑的選擇、鐵絲沒掰直、鐵絲本身直徑),測量的精度,一系列問題,根本不可能獲得一個比較好的精度。
事實上,祖沖之這些古人,早都已經放棄直接測量的方式來算圓周率,而是採用割圓術,純粹的數學計算。而祖沖之靠這個方法,計算到圓周率小數點後七位。直接測量的話,你需要一個直徑1km級別的完美圓,然後測量這個圓的時候要保證誤差在1毫米以內才能測出這麼精細的值。
割圓術採用的是幾何方法,理論基礎是,透過計算圓內接-外切正多邊形的邊長,以此逼近圓的周長。透過數學計算而不是測量來得到圓的周長。如果你的孩子已經瞭解勾股定理,以及圓的一些基本性質,可以讓他了解割圓術,其實主要就是計算量(不過涉及到大量開方、平方計算,必須計算器輔助,而計算器在開方平方再一次引入誤差)。
而現代用解析幾何、微積分對圓周率給出了新的迭代計算公式,加上計算機程式設計,可以輕鬆計算出來。
可以說:以1+1=2為基礎的代數,可以推匯出圓周率絕對不是兩個整數的比值,一定是無理數。(證明涉及大學知識)。
古代採用割圓術計算,最簡單的迭代公式:
計算:
(正十二邊形)
(24)
(48)
(96)
根據九十六邊形計算得出的圓周率
而用無窮奇數,來計算圓周率
計算100萬項(C語言程式設計計算)後可以得出
另一個公式:
對應的程式:
可以輕鬆計算800位的圓周率,並且透過調整引數,可以輕鬆計算更多位。
而目前的記錄,採用
這種類似的公式,已經把圓周率計算到了1萬億位。
試問,如此高的精度,又是什麼樣的尺子能量出來的呢?
以上涉及的公式,需要用到不同級別的知識來推導。其中割圓術公式,只需要初中知識,學過勾股定理就能計算,後面的無窮級數公式,需要到大學才能嘗試。可以先告訴你娃這些公式,告訴他,用這個公式就能算出來更精確的圓周率,至於為什麼,需要繼續學習,就能知道。而不是現在一頭愣的非要測量。
就像一個很簡單但是很巧妙的題:今天週二,2^2019天之後是周幾?難道你要死命去乘麼?實際上了解規律找到方法,口算就能算出來。(小學知識)
查資料得出氫原子半徑25皮米,直徑 50E-12,也就是 5E-11米
目前可觀測宇宙半徑 460億光年,周常 5.5264E27 米
也即是說,以氫原子來測量可觀測宇宙尺度的一個完美大圓,算出來的圓周率,能夠精確到 大約小數點後38位。你還能有更大的圓、更精細的尺子麼?即使有,又能多幾個有效位呢?
直接測算,有大量絕對無法避免的誤差,就像我上面說的,圓的大小,誤差的引入(直徑的選擇、鐵絲沒掰直、鐵絲本身直徑),測量的精度,一系列問題,根本不可能獲得一個比較好的精度。
事實上,祖沖之這些古人,早都已經放棄直接測量的方式來算圓周率,而是採用割圓術,純粹的數學計算。而祖沖之靠這個方法,計算到圓周率小數點後七位。直接測量的話,你需要一個直徑1km級別的完美圓,然後測量這個圓的時候要保證誤差在1毫米以內才能測出這麼精細的值。
割圓術採用的是幾何方法,理論基礎是,透過計算圓內接-外切正多邊形的邊長,以此逼近圓的周長。透過數學計算而不是測量來得到圓的周長。如果你的孩子已經瞭解勾股定理,以及圓的一些基本性質,可以讓他了解割圓術,其實主要就是計算量(不過涉及到大量開方、平方計算,必須計算器輔助,而計算器在開方平方再一次引入誤差)。
而現代用解析幾何、微積分對圓周率給出了新的迭代計算公式,加上計算機程式設計,可以輕鬆計算出來。
可以說:以1+1=2為基礎的代數,可以推匯出圓周率絕對不是兩個整數的比值,一定是無理數。(證明涉及大學知識)。
古代採用割圓術計算,最簡單的迭代公式:
計算:
(正十二邊形)
(24)
(48)
(96)
根據九十六邊形計算得出的圓周率
而用無窮奇數,來計算圓周率
計算100萬項(C語言程式設計計算)後可以得出
另一個公式:
對應的程式:
可以輕鬆計算800位的圓周率,並且透過調整引數,可以輕鬆計算更多位。
而目前的記錄,採用
這種類似的公式,已經把圓周率計算到了1萬億位。
試問,如此高的精度,又是什麼樣的尺子能量出來的呢?
以上涉及的公式,需要用到不同級別的知識來推導。其中割圓術公式,只需要初中知識,學過勾股定理就能計算,後面的無窮級數公式,需要到大學才能嘗試。可以先告訴你娃這些公式,告訴他,用這個公式就能算出來更精確的圓周率,至於為什麼,需要繼續學習,就能知道。而不是現在一頭愣的非要測量。
就像一個很簡單但是很巧妙的題:今天週二,2^2019天之後是周幾?難道你要死命去乘麼?實際上了解規律找到方法,口算就能算出來。(小學知識)