小學(xué)生數(shù)學(xué)典故:威廉的憾事與圓周率中的統(tǒng)計(jì)
來源:濟(jì)南奧數(shù)網(wǎng)整理 文章作者:奧數(shù)網(wǎng)編輯 2011-12-06 17:34:28
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小學(xué)生數(shù)學(xué)典故:威廉的憾事與圓周率中的統(tǒng)計(jì)
圓周率π是圓周長與直徑的比值。公元前三世紀(jì),古希臘著名學(xué)者阿基米德計(jì)算出π≈3.14。公元263 年前后,我國魏晉時(shí)期的數(shù)學(xué)家劉徽,利用割圓術(shù)計(jì)算了圓內(nèi)接正3072 邊形的面積,求得π≈3927/1250= 3.1416。又過了約兩百年,我國南北朝時(shí)期杰出的數(shù)學(xué)家祖沖之確定了π的真值在3.1415926 與3.1415927 之間。祖沖之之后的第一個(gè)重大突破,是阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)家阿爾·卡西,他計(jì)算了圓內(nèi)接和外切正3×228=805306368 邊形的周長后得出:π≈3.1415926535897932
公元1610 年,德國人魯?shù)婪颍?540~1610)把π算到了小數(shù)點(diǎn)后35 位。
往后,記錄一個(gè)接一個(gè)地被刷新:1706 年,π的計(jì)算越過了百位大關(guān),1842年達(dá)到了200 位,1854 年突破了400 位,1872 年,英國學(xué)者威廉·向克斯(1812~1882)花費(fèi)了整整二十個(gè)年頭把π的值算到了小數(shù)點(diǎn)后707 位。向克斯死后,人們紀(jì)念他,就在他的墓碑上刻下了他一生心血的結(jié)晶:π的707 位小數(shù)。此后半個(gè)多世紀(jì),人們對威廉·向克斯的計(jì)算結(jié)果深信不疑,以至于在1937 年巴黎博覽會發(fā)現(xiàn)館的天井里,依然顯赫地刻著向克斯的π值。
又過了若干年,數(shù)學(xué)家法格遜對向克斯的計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生懷疑,他認(rèn)為在π的數(shù)值式中,各數(shù)碼出現(xiàn)的概率都應(yīng)當(dāng)?shù)扔?/10。于是,他統(tǒng)計(jì)了威廉·向克斯π的頭608 位小數(shù)中,各數(shù)碼出現(xiàn)的情況:
法格遜覺得:向克斯計(jì)算的π,數(shù)碼出現(xiàn)的次數(shù)不是基本相同,可能是計(jì)算有錯。于是,他用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的計(jì)算工具,從1944 年5 月到1945 年5 月,整整算了一年,終于發(fā)現(xiàn):向克斯π的707 位小數(shù)中,只有前527 位是正確的,由于當(dāng)初向克斯沒有發(fā)現(xiàn),使他白白浪費(fèi)了許多年的光陰,這真是終生的憾事。法格遜的成就,基于他的一個(gè)猜想,即在π值的數(shù)值式中各數(shù)碼出現(xiàn)的概率相等。盡管這個(gè)猜想曾導(dǎo)致法格遜發(fā)現(xiàn)并糾正了向克斯的錯誤,然而猜想畢竟不等于事實(shí)!法格遜想驗(yàn)證它,卻無能為力,人們想驗(yàn)證它,又苦于已知π的位數(shù)太少。
但是情況很快有了轉(zhuǎn)機(jī),隨著電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用,計(jì)算π的值有了飛速進(jìn)展。1961 年,美國學(xué)者丹尼爾和倫奇把π算到了小數(shù)點(diǎn)后100265位,20 年后,日本人又把記錄推過了200000 位大關(guān)。于是,人們的心中又重新燃起了驗(yàn)證法格遜猜想的希望之火。1973 年,法國學(xué)者讓·蓋尤與芳旦娜小姐合作,對π的前一百萬位小數(shù)中各數(shù)碼出現(xiàn)的頻率,進(jìn)行了有趣的統(tǒng)計(jì),得出以下結(jié)果。
從上表看出,盡管各數(shù)字出現(xiàn)也有某種起伏,但基本上平分秋色。看來,法格遜的想法應(yīng)當(dāng)是正確的!
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