割圆术 (赵友钦)

》卷五《乾象周髀》篇割圆术书影]]
赵友钦割圆术是元代数学家赵友钦在所著的《革象新书》卷五《乾象周髀》篇研究的割圆术。与刘徽从内接正六角形开始不同,赵氏割圆术从分割内接正方形开始。

如图,圆的半径为r; 内接正方形的边长为 \ell,由圆心到正方形一边倒垂直距离为 d

d=\sqrt{r^2-(\frac{\ell}{2})^2}

e=r-d=r-\sqrt{r^2-(\frac{\ell}{2})^2}

d 的延长线与圆周相交点将圆周等分为正八边形。

令正八边形的边长为 \ell_2

\ell_2=\sqrt{(\ell/2)^2+e^2}

\ell_2=\frac{1}{2}\sqrt{ \ell^2 +4(r-\frac{1}{2}\sqrt{4r^2-\ell^2})^2 }

设\ell_3 为分割圆成正16边形之边长,赵友钦正确地推断\ell_3与\ell_2的迭代关系:

\ell_3=\frac{1}{2}\sqrt{ (\ell_2)^2 +4(r-\frac{1}{2}\sqrt{4r^2-(\ell_2)^2})^2 }

推而广之:

\ell_{n+1}=\frac{1}{2}\sqrt{ (\ell_n)^2 +4(r-\frac{1}{2}\sqrt{4r^2-(\ell_n)^2})^2 }

令 r=1;

\ell_1=\sqrt(2)

\ell_2=\sqrt{2-\sqrt(2)}

\ell_3=\sqrt{2-\sqrt{2+\sqrt(2)}}

\ell_4=\sqrt{2-\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt(2)}}}

\ell_5=\sqrt{2-\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt(2)}}}}

……

圆周率
赵友钦指出,分割越细,正多边形的边数愈多,正多边形越接近圆周。

他最后将千寸直径的圆周分割为正16384边形,从而获得

\pi=\frac{3141.592}{1000}

密率
南朝祖冲之发现密率:

\pi\approx \frac{355}{113}

但这个密率比在以后数百年间,无人问津,直到赵友钦重新提及这个密率分数。

赵友钦在获得

\pi\approx \frac{3141.592}{1000}

後,他将 3141.592 乘以 113

113\pi\approx \frac{3141.592}{1000}113=355

即:

\pi\approx \frac{355}{113}

参见
割圆术 (刘徽)
参考文献

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