π 的故事

阿基米德和刘徽是如何计算圆周率的(三)

2017-05-15  本文已影响40人  aubell

面对开方运算,刘徽的做法是,大胆无畏的开下去,一路用十进制的小数表示。刚开始的时候,每一个数字都有单位,恰好,这些单位之间就是十进制;后来,单位用完了,刘徽称之为“微数”,终于挑一个十进制分数近似一下。所以,这种方法一开始就是十进制运算。用到的单位有“尺寸分厘毫秒忽”,忽以下就是无名微数。结果中没提及的单位,自动补零。

阿基米德的做法是用分数“夹”住结果,先给出 265/153 作为下界,后文给出 1351/780 作为上界,然后,暂时就不需要开方了,反正 3 的算术平方根在这两个数之间,跑不远。他的这个方法,假如古代中国人用的话,一定会称之为“不算之算",或者”不开之开”。他其实是没办法,因为那个时候,十进制不发达,也不流行。十进制的地位可能不如六十进制呢。

现代,六十进制依然会出现在角度、时间等地方。人们选择60进制的原因是,60能够被很多的数字整除。每一个刚接触除法的人,都会讨厌除不尽的情况,后来,分数出现了,就摆放在那里,做“不除之除”。开方也是,刚开始,刘徽开开,阿基米德不怎么开,现代的人都不开了,摆个根号盖住就是了,需要用结果的时候,再开出若干位。

论起进制,中国古代最发达,有十进制,十六进制,十二进制,六十进制,六进制等。“半斤八两”的成语就是诞生在十六进制的情况下,只有在十六进制的时候,半斤才会等于八两。刘徽的年代,还有一种六进制,一步为六尺。单位的换算,本质上就是几进制的切换,因此刘徽的运算恰好刚刚到没有单位的地方。后来祖冲之能够算的更远,是因为他从“亿”这样大级别的单位开始算。对于古人来说,没有单位,就没有进制。

不依赖单位的运算,印度人最发达。他们发明了 0 这样的占位符,有 0 就可以占一个位。而且,印度人发明的阿拉伯数字,书写十分便利。

论起能算,古罗马人比中国人更胜一筹,据说罗马数字可以进行开方运算,我不敢想象。罗马数字放在钟表上是好看,运算起来难道真的比算筹便利吗?

先上阿基米德的图

阿基米德外切图

如图,阿基米德先在圆O上任意选一条半径,OA,。然后过A做OA的垂线,再做角AOB为30度的角。30度是现在的说法,当时说是直角的三分之一。这样一来,OA/AB = SQRT(3) > 265:153

数学公式的输入,历来是个大难题。只能用图片了。

第一次分割

(斜体中文是可怕的,待以后纠正)

然后继续对角AOC进行平分,然后计算比例。这个比例用现代的观点看,在直角三角形中,一个是锐角的相邻直角边比对边,叫做余切;一个是斜边比对边,叫做余割。

以后的步骤,本质上是不断计算半角的余切和余割函数值,是用几何的方法计算,不是代数的方法。

三角函数

从三角函数可以看的更加直观,计算半角的余切,把原角的余切和余割加起来就行了;计算半角的余割,就用它自身的余切平方,加一,再开方。之前的步骤是在用30度角的余切和余割计算15度角的函数值。以后的步骤是,计算7.5度的,再计算 3.75 度的,1.875度的。

我还是不习惯把对函数值的平方写在函数的右上角,那样看起来感觉是复合函数

三角函数的幂应该怎么写
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