如下图,AB是正n边形的一条边,OA和OB是半径,半径长是R,OD是边心距。
那么中心角是360°/n,它的一半是360°/2n,由此得到正多边形的周长公式:
C=n·2·R·sin(360°/2n)=2Rnsin(360°/2n)。
由上面的等式两边同时除以2R,得
C/2R=nsin(360°/2n),
是一个与半径无关的数。
请看下面的视频。
,时长01:19
从视频中可以看出,当n增大时,图形趋向圆。事实上,一些作图软件也是用边数足够大的正多边形来作圆(例如,Python海龟画图)。C/2R,即nsin(360°/2n),当n增大时,值趋向我们熟悉的一个数3.14159......圆周率π。
π是一个无理数。
证明π是无理数已超出初中数学的范围。π是圆的周长与直径之比,它是无理数,只是说明圆的周长C和直径D不可公度,并非是周长不可以是有理数。
历史上,对于圆周率π的研究是古代数学一个经久不衰的话题,在我国,东汉初年的《周髀算经》里就有“径一周三”的古率。公元前3世纪,古希腊数学家阿基米德(Archimedes,约公元前287一前212)通过圆内接和外切正多边形逼近圆周的方法,得到圆周率介于3(10/71)和3(1/7)之间。
我国魏晋时期的数学家刘徽(263年左右)首创“割圆术”,利用圆的内接正多边形来确定圆周率,并指出在圆的内接正多边形边数加倍的过程中“割之弥细,所失弥少,割之又割,以至于不可割,则与圆周合体,而无所失矣”他计算出π=157/50≈3.14。
南朝的祖冲之(429一500)在公元5世纪又进一步求得π的值在3.1415926和3.1415927之间,是第一个将圆周率的计算精确到小数点后7位的人。
随着时代的发展,人们利用高等数学的知识来计算π的值,先后得出了许多计算π的公式,π的近似值的位数也迅速增长。
电子计算机问世以后,圆周率的计算突飞猛进,π的小数点后的位数不断增长、20世纪50年代得到千位以上,60年代则达到50万位,80年代得到10亿位,到21世纪初,科学家已计算出π的小数点后超过万亿的位数。
当今时代,π的计算成为测试超级计算机的各项性能的方法之一,运算速度与计算过程的稳定性对计算机至关重要,这正是超高精度的π的计算直到今天仍然有重要意义的原因之一。