Pi
Ovaj članak ili neki od njegovih odlomaka nije dovoljno potkrijepljen izvorima (literatura, veb-sajtovi ili drugi izvori). |
Matematička konstanta se često koristi u matematici i fizici.
Numerička vrijednost
3.14159 26535 89793 23846 26433 83279 50288 41971 69399 37510 58209 74944 5923
Osobine
Važna posljedica transcedentnosti ovog broja je činjenica da nije konstruktibilan. Ovo znači da je nemoguće izraziti
Formule sa π
Geometrija
Geometrijski oblik | Formula |
---|---|
obim kruga poluprečnika r i prečnikaа d | |
Površina kruga poluprečnika r | |
Površina elipse sa poluosama a i b | |
Zapremina kugle poluprečnika r | |
Površina vanjskog dijela kugle poluprečnika r | |
Zapremina valjka visine H i poluprečnika r | |
Površina vanjskog dijela valjka visine H i poluprečnika r | |
Zapremina kupe visine H i poluprečnika r | |
Površina kupe visine H i poluprečnika r |
Također, ugao od 180° (u stepenima) iznosi
Analiza
Dosta formula u analizi sadrži
- Leibnizоva formula:
- Ovaj često navođeni beskonačni red najčešće se piše u gornjem obliku, dok je tehnički ispravan zapis:
- Integral vjerovatnoće, poznat iz kalkulusa (Također pogledajte i Funkcija greške i Normalna raspodjela):
- Bazelski problem, koji je prvi riješio Leonhard Euler (Također pogledajte i Rimanova zeta-funkcija):
- i, uopšte, je racionalni umnožak broja za svako prirodno n.
- Vrijednost Gama-funkcije u tački 1/2:
- Eulerov identitet (kojeg je Richard Feynman nazvao "najizvanrednijom formulom u matematici"):
- Osobina Eulerove
φ -funkcije:
- Površina jedne četvrtine jediničnog kruga:
Kompleksan analiza
- Spcijalan slučaj Eulerove formule za :
- Osnovni slučaj teoreme o ostacima:
Verižni razlomak
Teorija brojeva
Neki rezultati iz "Teorije Brojeva":
Vjerovatnoća da su dva slučajno izabrana cijela broja uzajamno prosta je 6/
Ovde, "vjerovatnoća", "prosjek" i "nasumičan" su uzeti u smislu granične vrijednosti; tj. posmatra se vjerovatnoća odgovarajućeg događaja u skupu brojeva {1,2, ... N}, a zatim uzima granična vrijednost te vjerovatnoće kada {N→∞} ({N} je "jako veliko").
Dinamički sistemi/Ergodička teorija
U teoriji dinamičkih sistema (Također pogledajte ergodička teorija), za skoro svako realno x0 u intervalu [0,1],
gdje su xi iterirane vrijednosti logističkog preslikavanja za r = 4.
Fizika
U fizici, pojava broja
Vjerovatnoća i statistika
U vjerovatnoći i statistici postoji puno raspodjela, čiji analitički izrazi sadrže
- Gustina raspodjele vjerovatnoće za normalnu raspodjelu sa matematičkim očekivanjem
μ i standardnom devijacijomσ :
- Gustina raspodjele vjerovatnoće za (standardnu) Košijevu raspodjelu:
Treba primjetiti da se, kako je, za svaku Funkciju gustine raspodjele vjerovatnoće f(x), pomoću gornjih formula može dobiti još integralnih formula za
Zanimljiva empirijska aproksimacija broja
Računanje broja pi pomoću Heronovog trougla=
- Trougao kome su stranice i površina cijeli brojevi zove se Heronov trougao.
- Pomoću ovog trougla može se prbližno izračunati broj .
- Za tu svrhu koristićemo funkciju tangens i njezinu osobinu da za jako male vrijednosti argumenta vrijedi
- Trougao pomoću kojeg ga računamo ima stranice , i
- Heron ga spominje u svom djelu "Metrika". Pomoću Heronove formule
- za
- Koristeći kosinusnu teoremu
i formulu
- Koristeći formule
- dobijamo
- Zbog
- imamo
Ove relacije pomnožimo sa 2, zatim redom sa 37, 27 i 24, a onda saberemo.
- je tačna vrijednost
Historija
- Simbol "
π ;" za Arhimedovu konstantu je prvi put uveo 1706. godine matematičar William Jones kada je objavio Novi uvod u matematiku (A New Introduction to Mathematics), mada je isti simbol još ranije korišten da naznači obim kruga. Ova oznaka postala je standardna nakon što ju je usvojio Leonhard Euler. U oba slučaja, 'π ;' je prvo slovo riječiπ ;εριμετρος (perimetros), što znači 'mijeriti okolo' na grčkom jeziku. - Na listi detaljnih opisa velikog hrama Solomona, izgrađenog oko 950 godine pne pojavljuje se . To nije sasvim tačna vrijednost i nije čak ni tačna za vrijeme u kom je zapisana, jer su u to vrijeme Egipćani i Mesopotamci već znali da ima vrijednost od . Doduše u odbranu Solomonovim zanatlijama treba primjetiti da su pojedini predmeti, koji su opisani, bili takvog oblika da veliki stepen geometrijske preciznosti nije bio moguć, niti neophodan.
- U Egiptu postojala je potreba navodnjavanja i organizovane poljoprivredne proizvodnje. Ova potreba bila je veliki podsticaj za razvoj matematike. Iz sačuvanih papirusa saznajemo da su imali razvijene sisteme za računanja i odgovarajuću simboliku. Vješto su baratali sa razlomcima.
- Najpoznatiji sačuvani papirus je Rindov papirus iz otprilike 1650. godine pne, pokazuje da su Egipćani prilikom računanja površina i zapremina oblih figura koristili za broj .
- Pisao ga je pisar Ahmes ali on nije bio i autor ovog matematičkog spisa. Ahmes je napisao: Oduzmite prečnika a nad ostatkom konstruišite kvadrat. On će imati istu površinu kao krug.
- U Ahmesovom papirusu za izračunata je približna vrijednost . Greška je na drugoj decimali.
- U staroindijskom djelu "Salvasutra" data su matematička pravila za koja se znalo u to vrijeme. Tu se nalaze neke interesantne aproksimacije pomoću osnovnih razlomaka, kao što je( u našoj simbolici)
- .
- Baudhajan je uzeo kao vrijednost za ,
- Ariabhata , što je jednako .
- Euclid govorio je za krug da je to linija, t.j. dužina bez širine. On u svom XII dokazu ukazuje na postojanje broja “Odnos kružnog obima i kružnog prečnika isti je kod svih krugova.”
- Mi pretpostavljamo da je on znao da je veće od 3 i manje od 4 ali to nije naveo.
- Arhimed sa Sirakuze dobio je približno da je . Ako uzmemo aritmetičku sredinu njegovih dviju granica dobićemo , greška je .
- Arhimed je zasluzan za prve dvije decimale broja ,
- Pisac sačuvanih komentara “9 knjiga” Liu Hui nasao je pomoću upisanih i opisanih mnogouglova da je
- Tsu Ch’ung Chi dao je racionalnu aproksimaciju za koja je tačna do 6 decimalnih mjesta. On je dokazao . Ovo je fantastičan rezultat ali nemamo više podataka. Njegova knjiga, koju je napisao njegov sin, je izgubljena.
- Claudius Ptolemy dobio je približnu vrijednost za
- Ovu vrijednost objavio je u svom “Velikom zborniku”, jednom od najvećih djela rimskog aleksandrijskog perioda, koji je još poznatiji pod arapiziranim nazivom “Almagest"
- AbuJa'far Muhammadibn MusaAl-Khwarizmi ostače zapamčen po tome što je slučajno dao svoje ime algoritmu, dok je riječ ‘aljabar’ koja se javlja kao naslov jedne njegove knjige preteča današnje riječi algebra. U algebri ovog starog arapskog matematičara o izračunavanju obima kruga čitamo: “Najbolji način je da se prečnik pomnoži sa . To je najbrži i najlakši način. Alah zna za bolje.”
- Ghiyath al-Din Jamshid Mas'ud al-Kashi u julu 1424 godine on je objavio “Raspravu o obimu kruga”, rad u kome je izračunao do devet decimala u sistemu brojeva čija je osnova 60 (sistemu koji su za zapis brojeva koristili stari Vavilonci, a koji je i do danas opstao u upotrebi pri izražavanju vremena i mjerenju uglova). Ako njegov račun prevedemo na dekadni sistem zapisa brojeva vidimo da je vrijednost bila izražena sa 16 decimalnih mjesta.
- François Viète nikad nije bio profesionalni matematičar. Tokom 1592 godine on se bavio problemima tadašnjih tvrdnji da se može izvršiti kvadratura kruga, podjela ugla na tri dela i konstrukcija kocke duplo veće zapremine u odnosu na datu, korišćenjem samo lenjira i šestara. Objavio je knjigu “Supplementum geometriae” (1593), u kojoj se bavi opisom ova tri klasična matematička problema, ali i pokazuje konstrukciju tangente u svakoj tački Arhimedove spirale. U ovoj knjizi, on je izračunao do 10 decimale koristeći poligon sa 6*216 = 393216 stranica. On je predstavio u vidu beskonačnog proizvoda,to je, kako je danas poznato, najranije predstavljanje broja kao beskonačnog. Izražen u našoj simbolici ovaj proizvod izgleda ovako:
- Adriaan van Roomen jedan od njegovih najinpresivnijih rezultata bio je izračunavanje broja sa 16 decimalnih mjsta. On je to uradio 1593 godine koristeći 230 -stranicni poligon. Roomen-ovo interesovanje za bilo je direktna posljedica njegovog prijateljstva sa Ludolph van Ceulen-om.
- Ludolph van Ceulen postao je slavan zbog njegovog izračunavanja broja sa 35 decimalnih mjesta, do koga je došao koristeći poligon sa 262 stranica. Proveo je veći dio svog života računajući i zato ne čudi istorijski podatak da je 35 decimala broja ugravirano na njegovoj nadgrobnoj ploči u crkvi St. Peter’s Church u Lajdenu. Poznato je da je u Njemačkoj broj dugo zvan Ludolfov broj, upravo njemu u čast.
- Wallis-ova formula, kojom je on utvrdio da se broj može približno predstaviti pomoću beskrajnog proizvoda
- Gottfried Wilhelm von Leibniz njegovi engleski prijatelji, pričali su mu o Merkatorovoj kvadraturi hiperbole jedan od ključeva koji je poslužio Njutnu pri pronalasku diferencijalnog računa. Na temelju toga Leibniz je pronašao metodu beskonačnih redova, koju je razvio. Jedan od njegovih pronalazaka je formula
- Ova formula nije praktičan način izračunavanja vrijednosti , ali je upadljiva jednostavna veza između i svih neparnih brojeva.
Evo kratke hronologije broja
Vrijeme | Osoba | Vrijednost (svjetski rekordi su označeni podebljano) |
---|---|---|
20. vijek p. n. e. | Babilonci | 25/8 = 3.125 |
20. vijek p. n. e. | Egipatski matematički papirus (Rhindov papirus) | (16/9)2 = 3.160493... |
12. vijek p. n. e. | Kinezi | 3 |
sredinom 6. vijeka p. n. e. | 1 Kraljevi 7:23 | 3 |
434. p. n. e. | Anaksagora je pokušao da kvadrira krug lenjirom i šestarom | |
3. vijek p. n. e. | Arhimed | 223/71 < (3.140845... < |
20. p. n. e. | Vitruvije | 25/8 = 3.125 |
130 | Čang Hong | √10 = 3.162277... |
150 | Ptolomej | 377/120 = 3.141666... |
250 | Vang Fau | 142/45 = 3.155555... |
263 | Liu Hui | 3.14159 |
480 | Zu Čongži | 3.1415926 < |
499 | Arjabhata | 62832/20000 = 3.1416 |
598 | Bramagupta | √10 = 3.162277... |
800 | Muhamed Al Horezmi | 3.1416 |
12. vijek | Baskara | 3.14156 |
1220 | Fibonači | 3.141818 |
1400 | Madava | 3.14159265359 |
Svi podaci od 1424. su dati u brojevima tačnih decimalnih mijesta (dm).. | ||
1424 | Džamšid Masud Al Kaši | 16 dm |
1573 | Valentus Oto | 6 dm |
1593 | Fransoa Vijet | 9 dm |
1593 | Adrijen van Romen | 15 dm |
1596 | Ludolph van Ceulen | 20 dm |
1615 | Ludolph van Ceulen | 32 dm |
1621 | Vilebrord Snel (Snelije), Ludolphov učenik | 35 dm |
1665 | Isaac Newton | 16 dm |
1699 | Abraham Šarp | 71 dm |
1700 | Seki Kova | 10 dm |
1706 | John Machin | 100 dm |
1706 | William Jones uveo grčko slovo ' |
|
1730 | Kamata | 25 dm |
1719 | De Lanji izračunao 127 decimalnih mijesta, ali nisu sva bila tačna | 112 dm |
1723 | Takebe | 41 dm |
1734 | Leonhard Euler usvojio grčko slovo ' | |
1739 | Macunaga | 50 dm |
1761 | Johann Heinrich Lambert dokazao da је |
|
1775 | Euler ukazao na mogućnost da bi |
|
1789 | Jurij Vega izračunao 140 decimalnih mijesta, ali nisu sva bila tačna | 137 dm |
1794 | Adrijan-Mari Ležandr pokazao da je i |
|
1841 | Raderford izračunao 208 decimalnih mesta, ali nisu sva bila tačna | 152 dm |
1844 | Zaharija Daze i Štrasnicki | 200 dm |
1847 | Tomas Klauzen | 248 dm |
1853 | Leman | 261 dm |
1853 | Raderford | 440 dm |
1853 | Vilijam Šenks | 527 dm |
1855 | Rihter | 500 dm |
1874 | William Shanks je posvetio 15 godina izračunavanju 707 decimalnih mijesta, ali nisu sva bila tačna (grešku je otkrio D. F. Ferguson 1946. godine) | 527 dm |
1882 | Ferdinand Lindenmann dokazao da je |
|
1946 | D. F. Ferguson koristeći stoni kalkulator | 620 dm |
1947 | 710 dm | |
1947 | 808 dm | |
Svi rekordi od 1949. nadalje izračunati su pomoću elektronskih računara. | ||
1949 | Dž. V. Vrenč, jr. i L. R. Smit bili su prvi koji su koristili elektronski računar (ENIAC) da izračunaju |
2,037 dm |
1953 | Maler pokazao da |
|
1955 | Dž. V. Vrenč, jr. i L. R. Smit | 3,089 dm |
1961 | 100,000 dm | |
1966 | 250,000 dm | |
1967 | 500,000 dm | |
1974 | 1,000,000 dm | |
1992 | 2,180,000,000 dm | |
1995 | Jasumasa Kanada | > 6,000,000,000 dm |
1997 | Kanada i Takahaši | > 51,500,000,000 dm |
1999 | Kanada i Takahaši | > 206,000,000,000 dm |
2002 | Kanada i tim | > 1,240,000,000,000 dm |
2003 | Kanada i tim | > 1,241,100,000,000 dm |
April 2004 | Kanada i tim | 1.3511 bilion cifara ukupno |
Numeričke aproksimacije broja π ;
Zbog transcedentne prirode broja
Pored toga, sljedeća numerička formula daje aproksimaciju
Egipatski pisar po imenu Ahmes је izvor najstarijeg poznatog teksta koji daje približnu vrednost broja
Kineski matematičar Liu Hui je izračunao
Indijski matematičar i astronom Arjabhata dao je preciznu aproksimaciju za
Kineski matematičar i astronom Zu Čongži je izračunao
Iranski matematičar i astronom Gijat ad-din Džamšid Kaš (1350–1439) je izračunao
- 2
π ; = 6.2831853071795865
Njemački matematičar Ludolph van Ceulen (оkо 1600) je izračunao prvih 35 decimala. Bio je tako ponosan na svoje dostignuće da ih je dao urezati u svoj nadgrobni spomenik.
Slovenački matematičar Jurij Vega је 1789. izračunao prvih 140 decimala, od kojih je prvih 137 bilo tačno i držao je svjetski rekord 52 —sve do 1841—kada je Vilijam Raderford izračunao 208 decimalnih mesta, od kojih su prva 152 bila tačna. Vega je poboljšao formulu John Machina iz 1706; njegov metod se spominje i danas.
Nijedna od gore datih formula ne može da posluži kao efikasni način nalaženja približnih vrijednosti broja
zajedno sa Taylorovim razvojem funkcije arctan(x). Ova formula se najlakše provjerava korištenjem polarnih koordinata kompleksnih brojeva, krenuvši od:
Formule ove vrste su poznate kao formule slične Machinove.
Ekstremno dugački decimalni razvoji broja
Prvih milion cifara brojeva
- –K. Takano (1982).
- –F. C. W. Störmer (1896).
Ove približne vrijednosti imaju toliko puno cifara da više nemaju nikakvog praktičnog značaja, izuzev za testiranje novih superračunara i (očigledno) za ustanovljavanje novih rekorda u izračunavanju broja
1996. godine David H. Bailey je, zajedno sa Peter Borwein i Simon Plouffe, otkrio novu formulu za
Ova formula omogućava da se lako izračuna kta binarna ili heksadecimalna cifra broja
Ostale formule koje su do sada korištene za izračunavanje približnih vrijednosti
- —Newton.
Na računarima sa Microsoft Windows operativnim sistemom, program PiFast može se koristiti za brzo izračunavanje velikog broja cifara. Najveći broj cifara broja
Otvorena pitanja
Otvoreno pitanje o ovom broju je da li je
Bailey and Crandall su pokazali 2000. godine da postojanje gore pomenute Bailey-Borwein-Plouffe formule i sličnih formula povlači da se tvrđenje o normalnosti broja
Također nije poznato da li su
John Harrison (1693–1776) je stvorio muzički sistem izveden iz
Priroda broja π
U ne-euklidskoj geometriji, zbir uglova trougla može da bude manji ili veći od
Posmatrajmo, kao primjer, Kulonov zakon:
- .
Ovdje, je naprosto površina lopte poluprečnika r. U ovoj formi, ovo je pogodan način opisivanja inverzne kvadratne veze između sile i rastojanja r od tačkastog izvora. Naravno, bilo bi moguće da se ovaj zakon opiše na druge, ali manje zgodne — ili u nekim slučajevima zgodnije načine. Ako koristimo Plankovo naelektrisanje, Kulonov se zakon može opisati kao čime se uklanja potreba za
Spominjanja u fikciji
- Contact (Kontakt) - naučno-fantastično djelo Carl Sagana, a kasnije filmska adaptacija sa Jodie Foster. Sagan razmatra mogućnost potpisa, koji su u decimalni razvoj broja
π ugradili stvaraoci univerzuma. π (film) - O vezi između brojeva i prirode: otkrivanje takve veze a da niste numerolog.- Time's Eye (Oko vremena) - Naučna fantastika Arthur C. Clarkea i Stephen Baxtera. U svijetu koji su prestrojile vanzemaljske sile, primjećuje se sferična naprava čiji je odnos obima i prečnika po svim ravnima - tačan cijeli broj 3.
π kultura
Postoji cijelo polje humorističkog, ali i ozbiljnog izučavanja koje uključuje korištenje mnemonika za lakše pamćenje cifara
14. mart (3/14 u SAD) je Pi dan kojeg prosavlja veliki broj ljubitelja ovog broja. 22. jula, proslavlja se Dan aproksimacije broja pi (22/7 je popularna aproksimacija).
Štaviše, mnogi ljudi govore i o "pi satu" (3:14:15 je malo manje od pi sata; 3:08:30 bi bilo najbliže broju
Još jedan primjer matematičkog humora je slijedeća aproksimacija
Također pogledajte
Vanjski linkovi
Cifre
Proračuni
- Izračunavanje Pi: projekat otvorenog koda za izračunavanje Pi
- PiFast: brz program za računanje Pi sa velikim brojem cifara
- PiHeks projekat
Opći
- Historija broja Pi (engl.)
- Dokaz da je Pi iracionalan
- Pifakts - probijeni rekordi
- Formule za Pi
- PlanetMath: Pi
Mnemonici
(Svi mnemonici su na engleskom jeziku.)
- Jedan od popularnijih mnemonika za pamćenje Pi
- ANTREAS P. HATZIPOLAKIS: Pifilologija. Mjesto sa stotinama primjera mnemonika za Pi
- Pamćenje Pi kroz poeziju