π决定了曲流河的蜿蜒程度 这是π在现实中最惊人的应用之一:一条平原上的河流,它的曲折程度——也就是河道的总长度除以源头到入海口的直线距离——随着时间推移会趋向于π。 现实中没有那么理想的河流,平原河的这个数值更可能比π稍微低一点儿。但是在数学中没有这个问题——1996年数学家Hans-Henrik Stølum在《科学》上发表论文证明了这一点。 不过这也没那么神秘,想象一下一条由许多圆弧交替拼接组成的河流,就能直觉上理解为何这个数值是π了。 图片来源:google
图片作者可能是blog.matthen.com 下面两张图是作者汉斯-亨里克·斯托罗姆(Hans-Henrik Stolum)用纯粹的数学公式推演出来的河流演化,可以和上图对比一下。
2 π里包含了所有可能的数字组合吗? 答案是“不知道,大概吧” 虽然在《疑犯追踪》里宅总有那个著名的演讲,声称π包含了一切,也有很多由此衍生而来的段子(不要在你的硬盘上存储π,因为它侵犯了有史以来所有可能的版权,包含了全世界所有国家的所有最高机密,等等),但这一点并没有得到数学上的证明。再强调一遍,没有证明。我们明确知道π是无限不循环的,仅此而已;剩下的都是猜想。 不过还是有人开玩笑地设计了一套文件系统“πfs”,你的所有的数据都(很可能)存在π的某一个地方,所以不需要你亲自记住这些数据,只要记住这些数据在π的哪里就行了。
3 重力加速度g 差一点就是π的平方根了 你算过π的平方吗?掏出计算器算一下看看,你会发现它约等于9.87。做过高中物理题的同学可能会意识到,这和地球表面的重力加速度g——9.81m/s^2——在数值上只差一点儿啊。 其实,不但是数值上差一点儿,而且是差一点儿就分毫不差了。
π是没有单位的,所以怎么着都是这个数。但是重力加速度是有单位的,所以如果当年对标准单位定义变了,那这个数也会变。而历史上第一个“米”的定义,就恰好能让π^2和g在数值上相等。 但这算不上是巧合,1668年提出这种方案的英国人约翰·威尔金斯是根据“秒摆”来定义的。所谓秒摆就是从一头到另一头正好花费1秒的单摆(也就是周期为2秒),他把秒摆的长度定义为1米。 那么,根据单摆的周期公式 T = 2π (L/g)^1/2,T=2秒,j2直播,L=1米,就立刻能够得出g=π^2 m/s^2。听起来是很方便合理的定义公式嘛。 到了1791年,法国大革命期间,法国科学院要设立一种新的度量衡——也就是今天的米制。竞争的双方,就是秒摆定义和地球周长定义。不过最终科学院选择了周长定义——把1米定义为地球子午线长度的400万分之1。这是因为,当时已经发现重力加速度在地球各个表面是不同的,所以一个秒摆换了地方就不是秒摆了。 不幸的是,这也导致今天的学生面对每道单摆题,都要多花好几个一秒去算数……
为啥老式挂钟要做得这么长?就是因为它们是设定成秒摆的,需要大约1米长的钟摆。 不过按照今天的米的定义,标准重力下的秒摆长度只有 0.994 米。 4 我有一个π,我有一个e,嗯~ 你说啥? π是无理数,e也是无理数,可是我们竟然不知道π+e, π/e或者lnπ是否是无理数!只知道 它们不是八次以下、所有系数都小于10^9的多项式方程的根。 事实上,很多关于π和e的看起来基本的信息,我们都不知道。当然这不是因为π和e本身有多神秘,只是因为和无理数打交道真的是很难。 π:我为什么要讲理? 但是至少我们知道,π+e和πe不可能同时是有理数。这个问题的证明留给读者作为练习(对于高中数学学得好的人而言不难)。 (责任编辑:本港台直播) |