勾股定理





勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_欧拉公式


勾股定理


圓形的概念的形成,是人類認知歷史上的一大里程碑。

圓周率

定义1

一个圆形的周长与直径之比:


勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_欧拉公式_02



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_函数定义_03


定义2

以圆形半径为边长作一正方形,然後把圆形面积和此正方形面积比。



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_欧拉公式_04


圆与外接正方形


定义3

满足




勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_迭代_05



的最小正实数。



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_迭代_06


y=sin(x)


这里的​​正弦函数​​​定义为​​幂级数​



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_欧拉公式_07



百度百科:​​圆周率​



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_迭代_08


Tamar Friedmann and Carl Hagen



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_欧拉公式_09


18世纪沃利斯发现的经典圆周率公式


随着能量的增加,从变分解的极限公式里,哈根和弗里德曼找到了沃利斯的圆周率公式。

量子力学理论在20世纪初期诞生,而沃利斯圆周率公式已经存在了数百年,但这两者之间的内在关联直到今天才被发现。

代数

π是个无理数,即不可表达成两个整数之比,是由​​瑞士​​​科学家​​约翰·海因里希·兰伯特​​​于1761年证明的。 1882年,林德曼(Ferdinand von Lindemann)更证明了π是超越数,即π不可能是任何​​整系数多项式​​的根。

圆周率的超越性否定了​​化圆为方​​​这古老​​尺规作图​​​问题的可能性,因所有尺规作图只能得出​​代数数​​,而超越数不是代数数。

数学分析

Leibniz定理:




勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_迭代_10


​Wallis公式​​:



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_欧拉公式_11


​高斯积分​​:



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_欧拉公式_12



A graph of the Gaussian function


The colored region between the function and the x-axis has area √π.



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_迭代_13


高斯分布


​斯特林公式​​:



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_函数定义_14



π的连分数表示:




勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_欧拉公式_15



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_迭代_16


数论

两个任意自然数是​​互质​​​的​​概率​​是



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_函数定义_17



任取一个任意​​整数​​​,该整数没有重复​​质因子​​的概率为



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_函数定义_17



一个任意整数平均可用



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_函数定义_19



个方法写成两个 ​​完全数​​之和。

概率论

设我们有一个以平行且等距木纹铺成的地板,随意抛一支长度比木纹之间距离小的针,求针和其中一条木纹相交的概率。这就是​​布丰投针​​​问题。1777 年,​​布丰​​自己解决了这个问题——这个概率值是 1/π。

统计学

​正态分布​​​的​​概率密度函数​​:



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_函数定义_20



圆的内接正多边形和外接正多边形



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_函数定义_21


π can be estimated by computing the perimeters of circumscribed and inscribed polygons.


古希腊大数学家​​阿基米德​​​(公元前287–212 年) 开创了人类历史上通过理论计算圆周率近似值的先河。阿基米德从​​单位圆​​​出发,先用内接正六边形求出圆周率的​​下界​​​为3,再用外接正六边形并借助​​勾股定理​​​求出圆周率的​​上界​​​小于4。接着,他对内接正六边形和外接正六边形的边数分别加倍,将它们分别变成内接正12边形和外接正12边形,再借助勾股定理改进圆周率的下界和上界。他逐步对内接正多边形和外接正多边形的边数加倍,直到内接正96边形和外接正96边形为止。最后,他求出圆周率的下界和上界分别为223/71 和22/7, 并取它们的平均值3.141851 为圆周率的近似值。阿基米德用到了​​迭代​​​算法和两侧数值逼近的概念,称得上是“​​计算数学​​”的鼻祖。

公元263年,中国数学家​​刘徽​​​用“​​割圆术​​​”计算圆周率,他先从圆内接正六边形,逐次分割一直算到圆内接正192边形。他说“割之弥细,所失弥少,割之又割,以至于不可割,则与圆周合体而无所失矣。”,包含了求​​极限​​​的思想。刘徽给出π=3.141024的圆周率近似值,刘徽在得圆周率=3.14之后,将这个数值和晋武库中汉​​王莽​​​时代制造的铜制体积​​度量衡​​​标准​​嘉量​​斛的直径和容积检验,发现3.14这个数值还是偏小。于是继续割圆到1536边形,求出3072边形的面积,得到令自己满意的圆周率



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_迭代_22



公元480年左右,南北朝时期的数学家​​祖冲之​​进一步得出精确到小数点后7位的结果,给出不足近似值3.1415926和过剩近似值3.1415927,还得到两个近似分数值,密率



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_迭代_23



和约率


勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_函数定义_24



歐拉公式

​欧拉公式​​:



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_欧拉公式_25




勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_函数定义_26


[Euler's formula](https://en.m.wikipedia.org/wiki/Euler%27s_formula)


Euler's formula states that, for any [real number]

![](​​http://latex.codecogs.com/svg.latex?e​​^{ix}=\cos x+i\sin x)

![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?e^{ix}=\cos x+i\sin x)

where e is the ​​base of the natural logarithm​​​, i is the ​​imaginary unit​​​, and cos and sin are the ​​trigonometric functions​​​ cosine and sine respectively, with the argument x given in ​​radians​​.

三角函數分析

微積分

使用微积分,我们将圆象洋葱一样分为薄圆环,递增地求出面积。



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_欧拉公式_27



对“洋葱”,以 t 为半径的无穷薄圆环,贡献的面积是 2π t dt,周长的长度乘以其无穷小宽度。这样对半径为 r 的圆给出了一个初等积分:

宇宙運行軌道

萬有引力定律

電磁場方程

相對論

​相对论​​的场方程:



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_迭代_28



量子力學

​海森堡不确定性原理​​:



勾股定理·圓周率·無窮級數·微積分_欧拉公式_29