阿基米德和刘徽是如何计算圆周率的(四)

三十度角的余切值是 3的算术平方根, 大于 265/153 ; 余割值是 2;

上一步计算了十五度角的余切值,就是上面两个数字相加,大于 517/153; 余割大于517/153平方后,加一,再开方,大于591又1/8比153。

古人的分数运算,实在看起来不方便。今人习惯小数,就用小数显示一下阿基米德的运算过程。


阿基米德的运算过程

外切的计算中,重点是关注余切值,阿基米德计算到外切正96边形(中心角的一半为1.875度),


不断取半角运算

最后一个角度的余切值大于 4673.5/ 153,也就是上图中的OA/AF。

那么,AF/OA 小于 153/4673.5

而96边形的边长是AF的2倍,周长是AF的192倍;

圆的直径是OA的2倍。

从而,(圆的周长/圆的直径) 小于 (外切96边形周长/圆圈的直径),即小于

(153 * 2 *96 )/ (4673.5 *2 ) = 29376/9347  约 3.1428266

值得注意的是,阿基米德再次为 29376/9347这样的分数找了一个更合理的上限

22/7 约3.142857,把上面那个分数再放大一点点,反而得到更加简洁的表示。两个分数的前4位一样。最初的时候,给出根号3的上限,也是 4 位的精度,所以,这里依然保持4位一致,是合理的。因为不能指望用4位精度的根号3计算更多精度的圆周率。

至此,阿基米德完成了他工作的一半,证明了圆周率小于 22/7


22/7这个数值,以其精简,两位10进制小数的精度,赢得了很多人的喜欢,中国祖冲之的给出的约率也是这个数字。祖冲之给出的密率更是让人感到不可思议。古人处理分数方面有及其高超的技巧。上面计算过程中,7.5度的余割值,精简为大于 1172又1/8比153。

刘徽的运算,同样有高超的数值处理技巧。

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