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TUhjnbcbe - 2024/4/6 15:45:00

圆周率Pi(π)为圆周长与其直径的比值,通常近似为3.。在美剧《疑犯追踪》第2季11集就提到了这个最著名的数学常数,该集里主角芬奇先生是一名代课老师,他在黑板上写了3.26535。然后他问学生们:“这意味着什么?”

我在脑海中立马冒出了这个问题的答案,心想:“如果我有一个直径为1的自行车轮胎,那么这个自行车轮胎旋转一周行驶的距离就是π。”然而,在电视剧中,没有学生如此回答。

见如此场景,芬奇先生自己给出了答案,他说:“π是圆的周长与直径之比,3.2635仅仅只是这个比值的前几位,它本身是一个无限不循环小数,小数点后有无限个数位,并且永不重复;你的出生日期,储物柜的密码,你的社会保险号码等等都在这个数字串的某一处。如果你把这些小数转换成字母,这些字母可以组成任何一个存在的单词,这些字母可以是婴儿发出的第一个音节,可以是你心上人的名字,可以是你这一生中的所有故事的描写,可以是我们说过的或者做过的每一件事情。世界上所有无限的可能性都存在于这个简单的圆里。现在你将如何处理这些信息;它有什么好处?这取决于你…”

这样极具戏剧的一幕,虽并不准确(马上就会谈到),也让我称赞不已。因为现实中有很多人都努力要成为(或者有)像芬奇所饰演优秀且有趣的教师。这样的教师不仅能引导学生们讨论课本以外的知识,而且还能让其全神贯注在课堂之中。

不过话说过来,芬奇先生所说并非%正确的,因为数学家还没有证明π为正规数。换句话说,数学家们尚未知π是否包含从0到9的所有有限的数字排列。

数学上,粗略来说,正规数指,数字显示出随机分布,且每个数字出现机会均等的实数。

没有人知道如果数学家继续研究下去会发现什么。比如,当我们观察π的前10亿位时,我们看到数字7出现了将近1亿次。这使得π成为一个很好的随机数生成器。但是,在某些点之后,π可能不包含7,可能是一个只有两个或三个数字的不循环重复的数字,例如会出现这样诡异的序列。

这里要提到一个著名的示例,在π的前位之后,有一个著名的数学巧合,即连续出现6个9,这被称之为费曼点(“Feynmanpoint”).

但人们相信π的小数位会以一种随机的顺序永远持续下去,这就变得有趣了,它无限不循环,但同时它又是一个确定的数值。这并不矛盾,π因为是圆的周长和直径的比值,所以它是一个有确定值的数学常数。当然,通常的计算中,我们只需要π的近似值就够了。

在年,瑞士数学家约翰·海因里希·朗伯证明了π的值是无理数,所以它不能写成分数的那样形式。在那之前22/7就经常被用来当作π的近似值,虽然它实际上并不等于π。我们都知道无理数不能写成两个数字的比值(即分数,像a/b的形式),因为无理数是无限的,且不循环的小数。

再后来年,德国数学家费迪南德·冯·林德曼证明了π是一个超越数,即不是任意整系数代数多项式的根。

现在人们可以肯定地说π是超越数,因为数学家金田康正(YasumasaKanada)发现圆周率的前面万亿个数字在统计学上是随机的。如果你查看下表,你会发现每个数字发生的事件是独立的,发生的概率约是十分之一。

▼圆周率中连续的六个9

许多年之后的年,谷歌女工程师EmmaHarukoIwao利用云计算资源,花了天计算出π的34.1万亿位。你可以在你脑海中想象这样画面:如果要用普通字体打印π小数点后的10亿位,它的长度将从美国纽约延伸到堪萨斯州!

然而,34.1万亿位这么巨大的数字仍然不足以去在数学上证明π是正则数成立。超级计算机仍在尝试挑战计算更精确的π。你查看下面的图表就会看到自公元前年以来,历史时间轴图上探索圆周率的已知位数。

▼当数学家发现新的算法、电脑变得普及时,π的已知小数位呈指数增加。注意垂直坐标使用了对数坐标

再回到文章提到这部美剧中芬奇先生,我们明白他所说的也非错误。你可以很轻松地在π中找到自己的生日。如果你登陆这个网址mypiday.

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