證明22/7大於π

人們經常使用\frac{22}{7}這個有理數作為圓周率\pi的丢番圖逼近。在\pi的連分數表達中,\frac{22}{7}是它的一個渐近分數。從這兩個數字的小數形式可見\frac{22}{7}是大於\pi的:

:\frac{22}{7} \approx 3.142857\dots\,

:\pi \approx 3.141592\dots\,

這個近似值從古代就有人使用。縱使阿基米德並非這個近似值的始創者,但他證明了{22 \over 7}高估了圓周率。他以{22 \over 7}大於外切正96邊形的周界:該圓直徑之比作證明。

這個近似值常被稱為「約率」,除這以外,常用的近似值還有同是由祖沖之在5世紀提出的「密率」:{355 \over 113}。

以下是另一個\frac{22}{7}>\pi的證明,所用到的只是微積分的基本技巧。它本來只是用於顯示可以用有系統的方法計算π的值,而非以證明\frac{22}{7}>\pi為最終目標。它比起一些基本證明更容易理解。它的優雅是由於它和丟番圖逼近的關連。路卡斯稱這條公式為「其中一個估計π值的最美麗結果」。Havil以這個結果作爲一個有關以連分數估計的討論之結尾,說它在該範疇是「不得不提及」的。

概念
:0

故此\frac{22}{7}>\pi。

詳情
被積函數是一個分數,其分子和分母皆是非負函數,所以該積分是正數。由於被積函數是正數,由0至1的定積分也大於0。

以下就證明該積分實際上與{22 \over 7}的關係:

:

布肯南數學比賽中的出現
求取這積分的值是1968年威廉·罗威尔·普特南数学竞赛的第一個題目:
:A-1. 证明
::\frac{22}{7} -\pi=\int_0^1\frac{x^4(1-x)^4}{1+x^2}\,dx

上限和下限
達賽爾(1944)指出,只要把1代入分母中的x,可輕易取得積分的下限;把0代入分母中的x,可取得積分的上限:

:{1 \over 1260}

結果得出
:{22 \over 7} - {1 \over 630}

也許這是計算\pi值至小數後3位的最快和最基本的方法。另參見達賽爾(1971).

參考資料
相關條目
*圆周率近似值
*證明0.999...等於1
*证明所有素数的倒数之和发散
*费马平方和定理的证明
*數學符號表

外部連結

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