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關於圓周率π (第 5 頁)

余文卿

 

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.原載於數學傳播第十三卷第三期
.作者當時任職於中央研究院數學研究所
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5. π的數值計算的歷史(西方)

荷蘭數學家 Adriaan Anthoniszoon(1527∼1607)找到 π 的近似值 355/113,這也是祖沖之在五世紀所發現的,這數值正確到小數點第六位。

上面這紀錄很快被 Francois Viete 打破,1593年他利用

\begin{eqnarray*}
\frac{2}{\pi} & = & \Pi_{n=2}^{\infty} \cos \frac{\pi}{2^n} \\...
...ac{1}{2}\sqrt{\frac{1}{2}+\frac{1}{2}\sqrt{\frac{1}{2}}}} \cdots
\end{eqnarray*}


而計算 π 值正確到第九位。但同一年,Adriaen van Rooman(1561∼1615)利用 230 (=1,073,741,824) 邊形而計算到第15位。三年後,這紀錄又另一荷蘭人 Ludolph van Geuleu(1539∼1610),他是 Leyden 大學的數學與軍事學教授。在他的一篇論文中,他使用 60 x 233 邊形而得出 20 位數,在1615年他死後才發表的論文中,更計算到35位數。

十七世紀,隨著微積分的發明而可將 π 表成無窮級數與連分數,天文學家 Abraham Sharp(1651∼1742)利用反正弦級數而得到 72 位數;而在1706年 John Machin(1680∼1752)利用兩反正切的差而計算到 100 位,而 De Lagny(1660∼1734)在1717年更加入27位。這127位的紀錄維持到1794年,這年 Vega(1754∼1802)利用尤拉新發現的反正切級數計算到140位,並指出 De Lagny的計算數值的第113位是7而不是8。

1844年,Johann Martin Zacharias Dase(1824∼1861)利用

\begin{displaymath}
\frac{\pi}{4}=\tan^{-1}\frac{1}{2}+\tan^{-1}\frac{1}{5}+\tan^{-1}\frac{1}{8}
\end{displaymath}

與級數展開,計算π值到205位,而前面200位是正確的。而在這之前,1824年,Willian Rutherfold 計算到208位,但自第153位以後的數字跟 Dase 的不一樣。1847年,Thomas Clausen 出版了248位的計算並肯定 Dase 的計算是對的。

計算π的旋風一直持續不斷,1853年,Rutherford 得到440位,1855年,Richter 計算到500位,而1873∼1874年 Willian Shranks 更添加到707位,他本人認為這紀錄會維持一段時間,而事實上也是如此。但1945年,Ferguson 發現 Shranks 的計算從第527位有誤;而在1946年,他出版了620位數的,而在1947年,更延伸到710位,同一年更算到808位,這紀錄一直保持到1949年,緊接著是計算機時代的來臨。

十八世紀與十九世紀期間,計算π值的推進方式是以十、百來計,而進入二十世紀的計算機時代,則推進方式,則以千、萬來計,到1983年為止,已計算π的值到16,000,000位,而計算所用時間如表1所示。

表1 邁入計算機時代,對於π的計算

年度 時間 位數 每位計算時間
1949 70小時 2,037 2分
1958 100分鐘 10,000 0.6秒
1961 8.43小時 100,000 1/3秒
1973 23.3小時 1,000,000 1/12秒
1983 <30小時 16,000,000 1/155秒

參考資料

1.W.W.Rouse Ball and H.S.M. Coxeter, Mathemaical Recreations and Esays.
2.Peter Beckmann, A history of π
3.H.B. Griffths and P.J. Hilton, Classical Mathematics.
4.Encylopedic Dictionary of Mathematics, The MIT Press.
5.The Mathematical Intelligencer,vol 7,No.3,1985.

   

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編輯:朱安強 最後修改日期:4/26/2002