圆周率是如何计算出来的？

圆周率如何计算出来的？~

我们日常常用的圆周率π，你知道是怎么来的吗？你知道3月14日在国际上是什么日子吗？今天吕老师带大家一探究竟。

古今中外，许多人致力于圆周率的研究与计算。为了计算出圆周率的越来越好的近似值，一代代的数学家为这个神秘的数贡献了无数的时间与心血。十九世纪前，圆周率的计算进展相当缓慢，十九世纪后，计算圆周率的世界纪录频频创新。整个十九世纪，可以说是圆周率的手工计算量最大的世纪。进入二十世纪，随着计算机的发明，圆周率的计算有了突飞猛进。借助于超级计算机，人们已经得到了圆周率的2061亿位精度。历史上最马拉松式的计算，其一是德国的Ludolph Van Ceulen，他几乎耗尽了一生的时间，计算到圆的内接正262边形，于1609年得到了圆周率的35位精度值，以至于圆周率在德国被称为Ludolph数；其二是英国的William Shanks，他耗费了15年的光阴，在1874年算出了圆周率的小数点后707位。可惜，后人发现，他从第528位开始就算错了。把圆周率的数值算得这么精确，实际意义并不大。现代科技领域使用的圆周率值，有十几位已经足够了。如果用Ludolph Van Ceulen算出的35位精度的圆周率值，来计算一个能把太阳系包起来的一个圆的周长，误差还不到质子直径的百万分之一。以前的人计算圆周率，是要探究圆周率是否循环小数。自从1761年Lambert证明了圆周率是无理数，1882年Lindemann证明了圆周率是超越数后，圆周率的神秘面纱就被揭开了。现在的人计算圆周率, 多数是为了验证计算机的计算能力，还有，就是为了兴趣。

圆周率的计算方法

古人计算圆周率，一般是用割圆法。即用圆的内接或外切正多边形来逼近圆的周长。Archimedes用正96边形得到圆周率小数点后3位的精度；刘徽用正3072边形得到5位精度；Ludolph Van Ceulen用正262边形得到了35位精度。这种基于几何的算法计算量大，速度慢，吃力不讨好。随着数学的发展，数学家们在进行数学研究时有意无意地发现了许多计算圆周率的公式。下面挑选一些经典的常用公式加以介绍。除了这些经典公式外，还有很多其他公式和由这些经典公式衍生出来的公式，就不一一列举了。

1、 Machin公式

这个公式由英国天文学教授John Machin于1706年发现。他利用这个公式计算到了100位的圆周率。Machin公式每计算一项可以得到1.4位的十进制精度。因为它的计算过程中被乘数和被除数都不大于长整数，所以可以很容易地在计算机上编程实现。

Machin.c 源程序

还有很多类似于Machin公式的反正切公式。在所有这些公式中，Machin公式似乎是最快的了。虽然如此，如果要计算更多的位数，比如几千万位，Machin公式就力不从心了。下面介绍的算法，在PC机上计算大约一天时间，就可以得到圆周率的过亿位的精度。这些算法用程序实现起来比较复杂。因为计算过程中涉及两个大数的乘除运算，要用FFT(Fast Fourier Transform)算法。FFT可以将两个大数的乘除运算时间由O(n2)缩短为O(nlog(n))。

2、 Ramanujan公式

1914年，印度数学家Srinivasa Ramanujan在他的论文里发表了一系列共14条圆周率的计算公式，这是其中之一。这个公式每计算一项可以得到8位的十进制精度。1985年Gosper用这个公式计算到了圆周率的17,500,000位。

1989年，David & Gregory Chudnovsky兄弟将Ramanujan公式改良：

这个公式被称为Chudnovsky公式，每计算一项可以得到15位的十进制精度。1994年Chudnovsky兄弟利用这个公式计算到了4,044,000,000位。Chudnovsky公式的另一个更方便于计算机编程的形式是：

3、AGM(Arithmetic-Geometric Mean)算法

Gauss-Legendre公式：

这个公式每迭代一次将得到双倍的十进制精度，比如要计算100万位，迭代20次就够了。1999年9月Takahashi和Kanada用这个算法计算到了圆周率的206,158,430,000位，创出新的世界纪录。

4、Borwein四次迭代式：

这个公式由Jonathan Borwein和Peter Borwein于1985年发表，它四次收敛于圆周率。

5、 Bailey-Borwein-Plouffe算法

这个公式简称BBP公式，由David Bailey, Peter Borwein和Simon Plouffe于1995年共同发表。它打破了传统的圆周率的算法，可以计算圆周率的任意第n位，而不用计算前面的n-1位。这为圆周率的分布式计算提供了可行性。1997年，Fabrice Bellard找到了一个比BBP快40％的公式：

圆周率的最新计算纪录
1、新世界纪录

圆周率的最新计算纪录由两位日本人Daisuke Takahashi和Yasumasa Kanada所创造。他们在日本东京大学的IT中心，以Gauss-Legendre算法编写程序，利用一台每秒可执行一万亿次浮点运算的超级计算机，从日本时间1999年9月18日19:00:52起，计算了37小时21分04秒，得到了圆周率的206,158,430,208(3*236)位十进制精度，之后和他们于1999年6月27日以Borwein四次迭代式计算了46小时得到的结果相比，发现最后45位小数有差异，因此他们取小数点后206,158,430,000位的?值为本次计算结果。这一结果打破了他们于1999年4月创造的68,719,470,000位的世界纪录。

2、最后20位

圆周率小数点后206,158,430,000位的最后20位为：

22144 96687 55157 30964

3、 p小数点后2000亿位中各数字出现的次数：

0 : 20000030841 1 : 19999914711

2 : 20000136978 3 : 20000069393

4 : 19999921691 5 : 19999917053

6 : 19999881515 7 : 19999967594

8 : 20000291044 9 : 19999869180

PC机上的计算
1、PiFast

目前PC机上流行的最快的圆周率计算程序是PiFast。它除了计算圆周率，还可以计算e和sqrt(2)。PiFast可以利用磁盘缓存，突破物理内存的限制进行超高精度的计算，最高计算位数可达240亿位，并提供基于Fabrice Bellard公式的验算功能。

圆周率小数点后1000位

1415926535 8979323846 2643383279 5028841971 6939937510 5820974944 5923078164 0628620899 8628034825 3421170679 8214808651 3282306647 0938446095 5058223172 5359408128 4811174502 8410270193 8521105559 6446229489 5493038196 4428810975 6659334461 2847564823 3786783165 2712019091 4564856692 3460348610 4543266482 1339360726 0249141273 7245870066 0631558817 4881520920 9628292540 9171536436 7892590360 0113305305 4882046652 1384146951 9415116094 3305727036 5759591953 0921861173 8193261179 3105118548 0744623799 6274956735 1885752724 8912279381 8301194912 9833673362 4406566430 8602139494 6395224737 1907021798 6094370277 0539217176 2931767523 8467481846 7669405132 0005681271 4526356082 7785771342 7577896091 7363717872 1468440901 2249534301 4654958537 1050792279 6892589235 4201995611 2129021960 8640344181 5981362977 4771309960 5187072113 4999999837 2978049951 0597317328 1609631859 5024459455 3469083026 4252230825 3344685035 2619311881 7101000313 7838752886 5875332083 8142061717 7669147303 5982534904 2875546873 1159562863 8823537875 9375195778 1857780532 1712268066 1300192787 6611195909 2164201989

圆周率
circumference of a circle to the diameter，ratio of
圆周和直径的长度之比。
用π表示。 任何一个圆，不论其直径大小，其周长和直径长之比是一个常数，这是人类在测量圆的周长和圆的面积的实践中逐渐认识到的最早的一个特殊常数。中国古代记载“径一周三”即认为圆周率是一个常数。
人类对π的值的研究经历了漫长的过程，所得到的值越来越精确。公元前1600多年古埃及就有记载π的值为

。
古希腊阿基米德约在公元前240年通过计算圆的内切和外接正多边形周长来确定圆周率上下界，从而得到其近似值π＝3.14。又过了几百年，在公元150年C.托勒密在《数学汇编》中给出了。中国魏晋时刘徽约在公元260年用割圆法计算π，不但得到了这个值，并且具有极限思想，可以求更精确的值。中国南北朝时的祖冲之进一步将π精确计算到8位数字：3.1415926＜π＜3.1415927，还提出了“约率”和“密率”。在西欧，文艺复兴以后才有人在π的计算上超过祖冲之。16世纪后对π的研究更加深入，1579年法国人F.韦达用古典方法计算到正3×217边形边长，求得π的值精确到10位数字。1596年荷兰人L.范·科伦求到小数点后20位。电子计算机发明以后，π的值的计算有了惊人的进展。1949年计算到2037位，而1983年计算到223(800多万)位 。对π的位数的计算是不可能有完结的时候的，因为它是一个无理数。这个事实是在1767年由J.H.朗伯证明的。因而π不能表成分数，也不能表成有限小数或循环小数。π也是一个超越数，即它不可能是任何一个有理系数多项式的根，这个事实是1882年被F.von林德曼所证明的。从而“化圆为方”这个古代难题之一被解决。即化圆为方不可能用尺规作图法作出。π这个数在角的弧度制上还有特殊的应用。弧度制规定长度和半径相等的圆弧所对的圆心角的大小为1弧度。于是，半径等于1时，圆心角的弧度数等于它对的弧长，以1弧度作为角的单位，那么周角的大小就是2π弧度，因而π就相当于180°角的弧度值。

我们日常常用的圆周率π，你知道是怎么来的吗？你知道3月14日在国际上是什么日子吗？今天吕老师带大家一探究竟。

古今中外，许多人致力于圆周率的研究与计算。为了计算出圆周率的越来越好的近似值，一代代的数学家为这个神秘的数贡献了无数的时间与心血。十九世纪前，圆周率的计算进展相当缓慢，十九世纪后，计算圆周率的世界纪录频频创新。整个十九世纪，可以说是圆周率的手工计算量最大的世纪。进入二十世纪，随着计算机的发明，圆周率的计算有了突飞猛进。借助于超级计算机，人们已经得到了圆周率的2061亿位精度。历史上最马拉松式的计算，其一是德国的Ludolph Van Ceulen，他几乎耗尽了一生的时间，计算到圆的内接正262边形，于1609年得到了圆周率的35位精度值，以至于圆周率在德国被称为Ludolph数；其二是英国的William Shanks，他耗费了15年的光阴，在1874年算出了圆周率的小数点后707位。可惜，后人发现，他从第528位开始就算错了。把圆周率的数值算得这么精确，实际意义并不大。现代科技领域使用的圆周率值，有十几位已经足够了。如果用Ludolph Van Ceulen算出的35位精度的圆周率值，来计算一个能把太阳系包起来的一个圆的周长，误差还不到质子直径的百万分之一。以前的人计算圆周率，是要探究圆周率是否循环小数。自从1761年Lambert证明了圆周率是无理数，1882年Lindemann证明了圆周率是超越数后，圆周率的神秘面纱就被揭开了。现在的人计算圆周率, 多数是为了验证计算机的计算能力，还有，就是为了兴趣。
3.14159265358......

一般是用割圆法。即用圆的内接或外切正多边形来逼近圆的周长。Archimedes用正96边形得到圆周率小数点后3位的精度；刘徽用正3072边形得到5位精度；Ludolph Van Ceulen用正262边形得到了35位精度。这种基于几何的算法计算量大，速度慢，不过吃力却不讨好。

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三亚市19247616508： 圆周率是怎么算出来的?？
逮兴六味： 圆周率是一个圆的周长与直径的比值,可用圆的周长除以直径计算圆周率.圆周率一般用希腊字母π表示.π=圆周长/直径≈内接正多边形/直径.当正多边形的边长越多时,...

三亚市19247616508： 圆周率是怎么发现并计算出来的? - ？
逮兴六味：[答案] 圆周率是一个常数(约等于3.1415926),是代表圆周长和直径的比例.它是一个无理数,即是一个无限不循环小数.但在日常生活中,通常都用3.14来代表圆周率去进行计算,即使是工程师或物理学家要进行较精密的计算,也只取值至小数点后约20...

三亚市19247616508： 圆周率的计算方法是什么?有多少种计算方法? - ？
逮兴六味： 圆周率的计算方法很多,经典的如下: 1.古人计算圆周率,一般是用割圆法.即用圆的内接或外切正多边形来逼近圆的周长.2.Archimedes用正96边形得到圆周率小数点后3位的精度; 3.刘徽用正3072边形得到5位精度; 4.Ludolph Van Ceulen用正262边形得到了35位精度. 圆周率的计算方式的种类无法计量,还有很多其他公式和由这些经典公式衍生出来的公式,就不一一列举了.

三亚市19247616508： 圆周率是怎么计算的的呢 - ？
逮兴六味：[答案] 最直接的,就是祖冲之使用的割圆术. 将一个圆分割成许多许多的内接多边形和外切多边形,然后测量内接多边形的边长,计算其周长;测量外切多边形的边长,计算其周长;两个周长的算术平均值,作为圆的周长,从而计算得出圆周率. 多边形分割...

三亚市19247616508： 圆周率如何推算出来的 - ？
逮兴六味：[答案] 圆周率是一个圆的周长与直径之比 古代是用割圆术,即用内接多边形,及外切多边形的极限来求得,我国著名数学家祖冲之求得22/7及355/113,分别称为“疏率”和“密率”. 近代通过数学的论证,圆周率是可以用级数的形式来表示,这就为计算...

三亚市19247616508： 圆周率是怎么算出来的?说说方法? - ？
逮兴六味：[答案] 圆周率Pi是周长与直径的比值 算法是用正多边形的周长除以最长的对角线,当正多边形的边数趋向于无穷大时,正多边形就是一个圆了,所以边数越多,越接近正确的pi值.

三亚市19247616508： 圆周率怎么计算 - ？
逮兴六味： 圆周长÷圆直径 12.564÷4=3.141≈∏ 圆面积÷圆半径^2 12.564÷2^2=3.141≈∏

三亚市19247616508： 圆周率是怎样计算出来的? - ？
逮兴六味：[答案] 圆周率的计算方法 古人计算圆周率,一般是用割圆法.即用圆的内接或外切正多边形来逼近圆的周长.Archimedes用正96边形得到圆周率小数点后3位的精度;刘徽用正3072边形得到5位精度;Ludolph Van Ceulen用正262边形得到了35位精度.这种基...

三亚市19247616508： 圆周率是如何计算出的 - ？
逮兴六味：[答案] 作一个比较大的圆 再作内切边长尽可能小的多边形 让多边形的轮廓接近圆 然后算出周长 再除以直径 就能算出圆周率了

三亚市19247616508： 圆周率如何计算出来的? - ？
逮兴六味：[答案] 圆周率它定义为圆形之周长与直径之比.它也等于圆形之面积与半径平方之比.圆周率计算方法古人计算圆周率,一般是用割圆法.即用圆的内接或外切正多边形来逼近圆的周长.阿基米德用正96边形得到圆周率小数点后3位的精度;...