π真的是无理数吗?不能算出准确数值吗?
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π真的是无理数吗?不能算出准确数值吗?

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首先。π是无理数。不能用分数/有限小数/循环小数表示出准确数值。这个性质是通过严谨的数学证明的。而不是说“受限于当前技术实力我们做不到”之类的理由。

要解决这个问题。首先是搞清楚。什么事无理数。按照定义:

无理数。也称为无限不循环小数。不能写作两整数之比的实数。

之后思路就很显然:假设π是有理数。表示为两个整数的商。然后进行反证。

假设π是有理数。则π=a/b。(a,b为自然数) 令f(x)=(x^n)[(a-bx)^n]/(n!) 若0<x<a/b,则 0<f(x)<(π^n)(a^n)/(n!) 0<sinx<1 以上两式相乘得: 0<f(x)sinx<(π^n)(a^n)/(n!) 当n充分大时。,在[0。π]区间上的积分有 0<∫f(x)sinxdx <[π^(n+1)](a^n)/(n!)<1 …………(1) 又令:F(x)=f(x)-f\"(x)+[f(x)]^(4)-…+[(-1)^n][f(x)]^(2n),(表示偶数阶导数) 由于n!f(x)是x的整系数多项式。且各项的次数都不小于n。故f(x)及其各阶导数在x=0点处的值也都是整数。因此。F(x)和F(π)也都是整数。 又因为 d[F'(x)sinx-F(x)conx]/dx=F\"(x)sinx+F'(x)cosx-F'(x)cosx+F(x)sinx=F(x)sinx+F(x)sinx=f(x)sinx 所以有: ∫f(x)sinxdx=[F'(x)sinx-F(x)cosx]。(此处上限为π。下限为0) =F(π)+F(0) 上式表示∫f(x)sinxdx在[0。π]区间上的积分为整数。这与(1)式矛盾。所以π不是有理数。又它是实数。故π是无理数

以上证明用到了很多微积分与不等式的知识。

但是值得注意的是。π虽然是一个无理数。或者说无限不循环小数。但是这个数的每一位都是可计算的。或者说。π是一个可计算数。经典算法如BBP算法:

这一算法由David Bailey, Peter Borwein和Simon Plouffe于1995年共同发表。借助以上公式。我们可以轻而易举得计算π的任意有限位上的数字。虽然这个算法并不是最高效的计算π值的方法。但是由于这个算法可以计算任意的第n位而不需要计算前n-1位的特点。这个算法被广泛应用在诸如对π值结果的验证。分布式π值计算等领域。这些对检验机器浮点运算性能。测试分布式计算的稳定性与效能等。都有很大帮助。这个算法算出的π是基于16进制的。可以轻易转化为2进制。

另外。π还是个超越数。所谓超越数。就是不可能满足任何整系数代数方程的数。与π类似的超越数还有自然对数e。还有希尔伯特的猜想(已经被证明):a是不等于0和1的代数数,b是无理代数数。则a^b是超越数。超越数的理论之后也成为了证明“尺规作图三大问题。即倍立方问题、三等分任意角问题和化圆为方问题都是尺规不能问题”的关键。

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评论(2)

  • 长空夕醉 永久VIP 2022年12月27日 19:29:42

    无理数,都是,算法,整数,循环小数,有理数,是一个,导数,实数,而不

  • 夜深时 永久VIP 2022年12月27日 19:29:42

    没想到大家都对π真的是无理数吗?不能算出准确数值吗?感兴趣,不过这这篇解答确实也是太好了

  • 只求﹂份安宁 永久VIP 2022年12月27日 19:29:42

    首先。π是无理数。不能用分数/有限小数/循环小数表示出准确数值。这个性质是通过严谨的数学证明的。而不是说“受限于当前技术