阿基米德和劉徽是如何計算圓周率的(四)

三十度角的余切值是 3的算術平方根, 大于 265/153 ; 余割值是 2;

上一步計算了十五度角的余切值,就是上面兩個數字相加,大于 517/153; 余割大于517/153平方后,加一,再開方,大于591又1/8比153。

古人的分數運算,實在看起來不方便。今人習慣小數,就用小數顯示一下阿基米德的運算過程。


阿基米德的運算過程

外切的計算中,重點是關注余切值,阿基米德計算到外切正96邊形(中心角的一半為1.875度),


不斷取半角運算

最后一個角度的余切值大于 4673.5/ 153,也就是上圖中的OA/AF。

那么,AF/OA 小于 153/4673.5

而96邊形的邊長是AF的2倍,周長是AF的192倍;

圓的直徑是OA的2倍。

從而,(圓的周長/圓的直徑) 小于 (外切96邊形周長/圓圈的直徑),即小于

(153 * 2 *96 )/ (4673.5 *2 ) = 29376/9347? 約 3.1428266

值得注意的是,阿基米德再次為 29376/9347這樣的分數找了一個更合理的上限

22/7 約3.142857,把上面那個分數再放大一點點,反而得到更加簡潔的表示。兩個分數的前4位一樣。最初的時候,給出根號3的上限,也是 4 位的精度,所以,這里依然保持4位一致,是合理的。因為不能指望用4位精度的根號3計算更多精度的圓周率。

至此,阿基米德完成了他工作的一半,證明了圓周率小于 22/7


22/7這個數值,以其精簡,兩位10進制小數的精度,贏得了很多人的喜歡,中國祖沖之的給出的約率也是這個數字。祖沖之給出的密率更是讓人感到不可思議。古人處理分數方面有及其高超的技巧。上面計算過程中,7.5度的余割值,精簡為大于 1172又1/8比153。

劉徽的運算,同樣有高超的數值處理技巧。

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