圆周率这个问题全世界都在研究,截止到2019年3月14日,我们已经将它计算到31.4万亿位了。
为什么我们非要投入大量的时间和精力去计算这么一个数字呢?
在当代数学领域,圆周率(π)扮演着关键角色,尤其在几何学中尤为突出。
如果我们设想能够计算出圆周率的确切值,许多现存的数学公式和理论可能会遭遇挑战。
这将迫使当今的数学家们投入大量时间和精力去修正、重算和验证新的数学模型和公式。这样的数学革新将对整个数学界造成深远的冲击。
在这种情况下,圆这一几何概念也将受到质疑,因为如果圆周率是一个固定值,圆就可以被视为由无数微小线段构成,而不再是一个完美的平滑曲线。
这意味着几何学中的曲线可能根本不存在,数学图形将变得杂乱无章。
微积分中计算曲线围成的面积的方法也会被认为是基于错误的前提,极限的概念也会受到质疑,微积分作为数学的重要分支可能会面临全面的重构。
甚至数学的整个理论体系都可能遇到第四次危机。
如果圆周率的确是一个有限的数值,那么微积分的基础将被动摇。
这将对依赖微积分技术的现代科技产物,如集成电路、电子设备以及航天工程中的轨道模拟等带来巨大影响,这些技术的存在或者准确性可能会被质疑。
在物理学领域,许多基本常数与圆周率有关。
如果将圆周率从一个无理数改变为有理数,那么构成物质的分子和原子的电子轨道可能会变得不稳定,物质的凝聚和形成将变得困难,这样的改变可能会波及整个宇宙的稳定性。
周毅继续看下去,发现在这之中还给出球体体积的推导。
归元宗叶空曰:“黄金方寸重十六两,今丸径寸重九两。
由此可得,球与方之重量比为九比十六,则金球体积为十六分之九乘径的三方……”
周毅看了之后,发现这个叫做叶空的人,用黄金做了一个直径为一寸的黄金球和一块边长一寸的正方体。
二者重量之比为9/16,那么球的体积就是V=9d^3/16
周毅又回想了一下现代的球体体积公式
V=4πr^3/3
把半径换为直径,相当于多乘了一个2^3,再在分母上把它添上。
也可以得到:
V=4π(2r)^3/3×2^3
V=πd^3/6
对比一下叶空提出的:V=9d^3/16≈0.5625d^3
和现代的公式:
V=πd^3/6≈0.5236d^3
可以发现还是有比较大的误差的,毕竟用物理的方法去推导数学公式的方法是没有办法的办法。
而且古代的杆秤和秤砣和现代的电子秤的精度也是不能比的,所以这个精度有点拉胯很正常。
我搜集资料的时候都不敢相信,杆秤和秤砣居然是计算体积的工具。
随后继续看下去,很快就有人反驳他的观点了。
东华宗李星守曰:“缪矣,如此公式岂能用秤砣计算?
且让我来教你如何计算吧!
由割圆术可得,至正24576边形时,得圆周于3.141592——3.141593之间。
由此计算圆之面积则不可谓不易也,以圆周率乘圆径可得其周长(C=πd)。再用其周长之半乘圆半径可得面积。(S=r×C/2)
将圆面提拉,可得圆柱。则以面积乘高可得圆柱之体积。
若为圆锥,则……”
看到这里,周毅回想了一下现代的公式,但他也没想出来怎么能求出圆锥的体积公式。
但,突然灵光一闪,他想到了微积分!
若设圆锥体的高为底面圆半径,则圆锥体积:
V=∫πr2dr
=πr^3/3 +C
C为常数项,此处可以忽略不计。
如果圆锥体的高度不为r,则只需要把公式中的一个r换为高度h即可:
V=πr2h/3。
周毅继续看下去,记载说李星守思考良久随后继续说道:
“圆锥体体积就是其外接圆柱体积的1/3,若将一圆锥杯中水倒入圆柱杯中,只盈满1/3”
叶空嗤之,曰:“此法不缪?”
李星守笑曰:“汝可认吾所言:缘幂势既同,则积不容异?”
看到这里,周毅突然想到了在第四章的时候,那个胖胖的长老姜浩波说自己的天资也就只有李星守能比了。
卧槽,自己哪能比得过这种大牛!
自己的东西都是以前学习的,是必须会背会写的,可唯独不教怎么来的。
你再看看这个大佬李星守刚刚说了什么?
‘缘幂势既同,则积不容异。’
如果两个物体在任意截面的面积相等,也两个物体的体积也一定相等。
学过微积分的朋友们肯定知道,这已经有了微积分思想的雏形了。
要知道,这个人可是没有像我们一样学习过微积分,硬是自己琢磨出来的东西啊!
叶空信服:“是矣。”
李星守曰:“先推导一底面为方的角锥体体积,若将一方体的顶点全部连接,则可得六个体积相等角锥体。
则任意角锥体体积为六分之一方体体积。